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零转换—PWM电路 谢俊虎 零转换—PWM电路 零转换—PWM电路的定义、分类及其优缺点 零电压—PWM电路基本结构及其原理 零电流—PWM电路基本结构及其原理 MATLAB仿真及其分析 零转换—PWM电路的定义、分类及其优缺点 定义：在变换器拓扑中，将谐振电感及辅助开关与主开关并联，控制辅助开关的开通、截止产生LC振荡，使主开关实现零电流关断或零电压开通。这种变换器被称为零转换-PWM变换电路。 主要分为零电压转换PWM变换电路（ZCT-PWM）和零电流转换PWM变换电路（ZVT-PWM）。 优点： 可以使主功率开关管在零电流条件下关断 。 可以自适应的根据输入电压和输出负载调整自己的环流能量。 可以在很宽的输入电压和输出负载变化范围内实现软开关操作。 缺点： 主功率开关管的开通是硬开关过程。 辅助开关管关断是硬开关过程 。 零电压转换-PWM电路 零电压转换-PWM电路是一种常用的软开关电路，具 有电路简单、效率高等优点，广泛应用于功率因数校正电 路（PFC）、DC-DC变换器、斩波器等。 因为谐振网络与开关并联，所以零电压转换PWM变换 器的电压和电流应力小，且晶体管和整流二极管都能获得 软开关条件。 这是第一次提出在PWM变换器内实现无强加的、额外 的开关电压、电流应力的软开关技术。这个特点使零电压 转换PWM技术更适用于整流二极管存在严重的反向恢复问 题的高压变换场合，如功率因数校正（PFC）电路。 零电压转换-PWM电路 工作原理 假设电感L、电容C都很大，因此可以忽略电流和输出电压的波动。忽略元件与线路中的损耗。辅助开关S1超前于主开关S开通，S开通后S1关断。 t0～t1时段：S1导通，VD尚处于通态，电感Lr两端电压为Uo，电流iLr线性增长， VD中的电流以同样的速率下降。t1时刻，iLr=IL，VD中电流下降到零，自然关断。 t1～t2时段：Lr与Cr构成谐振回路，Lr的电流增加而Cr的电压下降，t2时刻uCr下降到零， VDS导通，uCr被箝位于零，而电流iLr保持不变。 t2～t3时段：uCr被箝位于零，而电流iLr保持不变，这种状态一直保持到t3时刻S开通、S1关断。 t3～t4时段：t3时刻S开通时，其两端电压为零。因此没有开关损耗。S开通的同时S1关断，Lr中的能量通过VD1向负载侧输送，其电流线性下降，而主开关S中的电流线性上升。到t4时刻iLr=0，VD1关断，主开关S中的电流iS=IL，电路进入正常导通状态。 t4～t5时段：t5时刻S关断。Cr限制了S电压的上升率，降低了S的关断损耗。 零电流转换-PWM电路 零电流转换-PWM变换器，能实现主开关在零电流下关断，消除关断损耗。右图是Boost型零电流转换PWM变换器的电路图。 它可在更宽的电源电压和负载范围建立零电流开关条件，且是恒频控制；功率开关和整流二极管的电压和电流应力小。 零电流转换PWM技术是在不增大功率晶体管和整流二极管的电压应力的情况下，实现了功率晶体管的零电流关断。 零电流转换-PWM电路 工作原理 假设电感L很大，忽略其中的 电流波动和元件与线路中的 损耗。在辅助开关S1导通前， 主开关S已经导通。 t0～t1时段：主开关S已经导 通，Cr反向充电至负电位。T0 时刻辅助开关S1导通，电感电 流iLr按线性迅速增长，对Cr 正向充电，Lr 、Cr构成谐振 回路， is减小。 is=0时，与主开关反并联二极 管VDs导通，与Lr 、Cr构成回 路。至t1时刻，VCr=0，主开关 S自然关断。 t1～t2时段：Cr继续正向充电至 饱和电压，iLr减小。t2时刻辅 助开关管S1关断。 t2～t3时段：VD受到正向电压导 通， Lr中的能量通过二极管VDc向 负载侧输送。电源能量通过VD向 负载侧输送。 t3～t4时段：t3时刻，主开关S再次 导通。此时S两端电压为负载两端 电压Vo。Cr通过Lr和与辅助开关S1 反并联二极管VDs1与主开关构成回 路，向主开关放电，并再次将自 身反向充电至饱和电压。 t4～t5时段：t5时刻，辅助开关S1 导通，由于Lr的作用，S1的电流上 升率受到限制，降低了S1的开通损 耗。 MATLAB仿真及其分析 参数设置： Ui=200V Li=0.5mH Cr=10pF Lr=0.3uH Co=100uF RL=10 ohms T=5×10-6 S Pulse1 D1=0.5 Pulse2 D2=0.1 零电压转换—PWM变换器仿真