DC/DC功率變換器軟開(kāi)關(guān)技術(shù)及Pspice仿真
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這類(lèi)變換器的特點(diǎn)是：諧振元件參與能量變換的某一個(gè)過(guò)程，不是全程參與。準諧振變換器分為零電流開(kāi)關(guān)準諧振變換器和零電壓開(kāi)關(guān)準諧振變換器。由于運行中變換器工作在諧振模式的時(shí)間只占一個(gè)開(kāi)關(guān)周期中的一部分，而其余時(shí)間都是運行在非諧振模式，因此“諧振”一詞用“準諧振”代替。
零開(kāi)關(guān)PWM變換器
該類(lèi)變換器可分為零電壓開(kāi)關(guān)PWM變換器和零電流開(kāi)關(guān)PWM變換器。零開(kāi)關(guān)PWM變換器技術(shù)是在PWM技術(shù)和諧振技術(shù)之間取了折中。在準諧振變換器的基礎上，加入一個(gè)輔助開(kāi)關(guān)管，來(lái)控制諧振元件的諧振過(guò)程，實(shí)現恒定頻率控制，即實(shí)現PWM控制。它既可以通過(guò)諧振為主功率開(kāi)關(guān)管創(chuàng )造零電壓或零電流開(kāi)關(guān)條件，又可使電路象常規PWM電路一樣，在恒頻下通過(guò)改變占空比調制來(lái)調節輸出電壓。當開(kāi)關(guān)轉化完成后，轉換器返回到普通的PWM操作模式，因此可以減小電路的能量。開(kāi)關(guān)損耗以最小的導通損失為代價(jià)而得到減少。然而這種變換器也有其自身的缺點(diǎn)，以零電壓PWM變換器為例，它與上面提到的零電壓開(kāi)關(guān)準諧振變換器有個(gè)共同的特點(diǎn)就是開(kāi)關(guān)管和諧振電容、諧振電感的電壓和電流應力是完全一樣的，也就是說(shuō)要承受很高的電壓，這對于開(kāi)關(guān)管來(lái)說(shuō)是一個(gè)缺陷。
零轉換PWM變換器
該類(lèi)變換器分為零電壓轉換PWM變換器和零電流轉換PWM變換器。對于使用MOSFET管的高頻轉換器來(lái)說(shuō)，若能實(shí)現完全零電壓轉換操作，器件的功能就能很好地發(fā)揮出來(lái)，對于功率MOSFET來(lái)說(shuō)，它們的器件特性非常依賴(lài)于電壓等級。然而，零電壓開(kāi)關(guān)準諧振變換器中的開(kāi)關(guān)器件承受了其在PWM電路中的兩倍電應力，開(kāi)通損耗將大大增加。并且，主開(kāi)關(guān)大的關(guān)斷電流將增加關(guān)斷損耗。當少數載流子器件，比如IGBT或BJT用于功率開(kāi)關(guān)時(shí)，更要注意以上的缺陷。因此，前面幾種變換器與常規的硬開(kāi)關(guān)變換電路相比，都毫無(wú)例外地極大地增加了電路中開(kāi)關(guān)管的電壓或電流應力，使電路中的導通損耗明顯增加，從而部分地抵消了開(kāi)關(guān)損耗降低的優(yōu)點(diǎn)。零轉換PWM變換器在開(kāi)關(guān)上串聯(lián)一個(gè)諧振網(wǎng)絡(luò )，對于主控和輔助開(kāi)關(guān)都可以在不增加其電壓和電流應力的情況下動(dòng)作。本文引用地址：http://dyxdggzs.com/article/188791.htm
兩種電路的Pspice
仿真結果及比較
這里僅對兩種具有代表性的變換器電路：升壓半波模式的零電壓開(kāi)關(guān)準諧振變換器和升壓零電壓轉換PWM變換器進(jìn)行Pspice仿真。設定兩種電路的輸入電壓相同，以此分析比較開(kāi)關(guān)管兩端的電壓應力。
升壓半波模式的零電壓開(kāi)關(guān)
準諧振變換器仿真
圖1為升壓半波模式的零電壓開(kāi)關(guān)準諧振變換器的電路原理圖，仿真參數如圖中所示，開(kāi)關(guān)頻率為700kHz。用Pspice軟件對原理圖進(jìn)行仿真，仿真結果如圖2所示。
從圖2中可以看出，當開(kāi)關(guān)管關(guān)斷時(shí)，諧振電容限制了電壓的上升率，使開(kāi)關(guān)管實(shí)現了零電壓關(guān)斷。諧振電容電壓下降到零，開(kāi)關(guān)管的反并聯(lián)二極管導通，將開(kāi)關(guān)管的電壓箝在零位，此時(shí)開(kāi)關(guān)管在零電壓下導通。但同時(shí)也發(fā)現開(kāi)關(guān)器件的確承受了很高的電壓應力，選擇開(kāi)關(guān)器件時(shí)要加以考慮，這給實(shí)際應用帶來(lái)了安全性和可靠性的麻煩。
零電壓轉換PWM變換器仿真
圖3 為升壓零電壓PWM變換器的電路原理圖，仿真參數在圖上標明，其中Q為主開(kāi)關(guān)管，Qa為輔助開(kāi)關(guān)管，開(kāi)關(guān)頻率為100kHz。主副開(kāi)關(guān)管的驅動(dòng)波形如圖4所示。
主開(kāi)關(guān)管的導通和關(guān)斷都是在零電壓的條件下，輔助電路工作時(shí)間不長(cháng)，只在主開(kāi)關(guān)管開(kāi)通工作時(shí)一段時(shí)間，因此輔助電路的損耗很小。值得注意的是，由于輔助諧振網(wǎng)絡(luò )與主功率開(kāi)關(guān)器件并聯(lián)，因而在使主開(kāi)關(guān)器件軟開(kāi)關(guān)工作的同時(shí)，并沒(méi)有增加過(guò)高的電壓應力，這一點(diǎn)是與上面所提到的幾種變換器完全不同的。零轉換PWM變換器所具有的這些優(yōu)點(diǎn)，使得其成為目前在工程實(shí)際應用中最有發(fā)展前途的功率變換電路拓撲之一。
結語(yǔ)
軟開(kāi)關(guān)技術(shù)在提供低損耗和更高工作頻率上比目前的硬開(kāi)關(guān)技術(shù)取得了更顯著(zhù)的效果，由于軟開(kāi)關(guān)轉換器的研發(fā)努力，早期的商用器件的性能有了大幅度提高，也證實(shí)了這種技術(shù)所具有的潛在能力。最明顯的是在工業(yè)和商業(yè)產(chǎn)品中的功率變換器，這些變換器將直流電轉換成所要求幅值可調的直流電、或者幅值和頻率都可調的單相或多相交流電。然而，現在的軟開(kāi)關(guān)變換器技術(shù)應用了諧振原理，電路中存在串聯(lián)或并聯(lián)的諧振網(wǎng)絡(luò )，諧振網(wǎng)絡(luò )在電路中的存在必然會(huì )產(chǎn)生諧振損耗，使得控制系統變得更加復雜，這就使電路受到這種固有問(wèn)題的影響，限制了軟開(kāi)關(guān)變換器技術(shù)的應用?，F在國內外許多人員在研究是否能實(shí)現以及如何實(shí)現無(wú)諧振網(wǎng)絡(luò )的軟開(kāi)關(guān)變換器技術(shù)，并已取得一些進(jìn)展?？梢灶A言，無(wú)諧振網(wǎng)絡(luò )的軟開(kāi)關(guān)變換器將是軟開(kāi)關(guān)變換技術(shù)的發(fā)展趨勢。
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