什么叫零電壓開關?
什么叫零電壓開關?
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PWM開關電源按硬開關模式工作(開/關過程中電壓下降/上升和電流上升/下降波形有交疊),因而開關損耗大。高頻化雖可以縮小體積重量,但開關損耗卻更大了。為此,必須研究開關電壓/電流波形不交疊的技術,即所謂零電壓開關(ZVS)/零電流開關(ZCS)技術,或稱軟開關技術,小功率軟開關電源效率可提高到80%~85%。20世紀70年代諧振開關電源奠定了軟開關技術的基礎。隨后新的軟開關技術不斷涌現,如準諧振(20世紀80年代中)全橋移相ZVS-PWM,恒頻ZVS-PWM/ZCS-PWM(上世紀80年代末)ZVS-PWM有源嵌位;ZVT-PWM/ZCT-PWM(20世紀90年代初)全橋移相ZV-ZCS-PWM(20世紀90年代中)等。我國已將最新軟開關技術應用于6kW通信電源中,效率達93%。
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ZCS PWM(或ZVS-PWM)轉換器技術,是PWM開關轉換技術和ZCS(或ZVS)準諧振轉換技術的綜合,諧振轉換器是最早出現的一種軟開關轉換器。準諧振開關是在PWM開關上附加諧振網絡,利用局部諧振實現ZCS或ZVS。
下面介紹ZCS和ZVS的基本概念。
圖1為ZCS和ZVS諧振開關的示意圖。圖中Lr為諧振電感(包括電路中的雜散電感和變壓器漏感),Cr為諧振電容(包括開關管的結電容)。ZCS諧振開關和ZVS諧振開關之間有-定的對偶規律,見表1。
由圖1(a)可知,在ZCS諧振開關中,當開關管S1開通時,諧振網絡LrCr接通,電路諧振,開關管中的電流按準正弦規律變化(因此稱為準諧振),但諧振頻率不一定等于開關頻率。當電流諧振到零時,令開關管關斷,諧振停止,故圖1(a)稱為ZCS諧振開關或準諧振開關。圖1(c)給出了ZSC條件下開關管上的電壓Uce和電流iC的波形,圖2給出了PWM開關的電壓、電流軌跡(A1為關斷過程,A2為開通過程)和ZCS諧振開關的電壓、電流軌跡B。
由圖1(b)可見,當開關管處于關斷狀態時,LrCr串聯諧振,電容Cr(包括開關管的輸出電容)上的電壓按準正弦規律變化,當它諧振過零時,令開關管開通,因此圖1(b)是一種ZVS諧振開關。
零電流諧振開關和零電壓諧振開關都有兩種電路方式:即L型和M型,如圖1(a)、(a′)和(b)、(b′)所示。它們的工作原理是相同的。這里不再重復。零電流諧振開關和零電壓諧振開關分為半波電路和全波電路,這兩種電路都可以用通用電路來表示,如圖1所示,在通用電路中,用開關S1來表示半波電路與全波電路中的開關管V1。
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