t=T1时,二极管D截止,并联于辅助开关Trl的并联体二极管Dsl导通,Lr与 Cr谐振,这时等效电路拓扑如图2.11(b)。电感电流按准正弦规律振荡。当t=T2时,
该电流值又降到Io。在T1--T2阶段,电容Cr充电,电压Vcr上升,到t=T2时达到 2Vs,二极管Dsl的反电压则由零跳变到Vs,Dsl截止。
③T2--T3恒流阶段
这一阶段谐振电容支路不通,等效电路拓扑如图2.11(c)。电感电流保持恒定,
cr上的电压为2Vs保持不变。Dsl由于截止,其电压也保持为vs不变。
④T3--T4准谐振阶段
t=T3时,驱动信号使辅助开关管Trl导通,LrCr谐振,这一阶段的等效电路拓 扑如图2.1l(d)。由于Trl导通,Dsl的电压跳变到零,电容cr能量释放,电容谐振 电压下降。而电容放电电流的流动方向与电感电流正方向相反,所以电感电流也谐振
下降。直到过零变负。这就为主开关Tr的ZCS创造了条件。这时若给Tr一个关断信
号,它就可以在零电流条件下关断。由于电感电流为负,Tr上的反串二极管导通,直 到t=T4时,电感电流回到零,Tr完全截止,其上电压有一个跳变上升过程。但电容 电压尚未完全下降到零。⑤T—T5恒流放电阶段
Tr截止后,等效电路拓扑如图2.1l(e)。Lr与输入电源断开,Io对cr方向恒流 充电,使其上电压衰减到零。
⑥T5--TO’续流阶段(TO’为下一个周期的起始时刻)
负载电流通过二极管D续流,等效电路拓扑如图2.“(f)。由于辅助开关Trl已 完成了本周期内的任务,在这一阶段的任意时刻,可发出信号,使Trl关断。
由图2.10的波形图可见,一个周期内变换器交替运行与ZCS--QRC和PWM两种 变换器模式。PWM变换器的工作模式包括恒流和续流阶段。辅助开关Trl的开通使变 换器再次处于准谐振状态,为ZCS的实现准备条件。
2.2.2
ZVS--PWM变换器
ZVS--PWM变换技术综合应用了ZVS-QRC和PWM变换器的原理。图2.12为 Buck降压型ZVS--PWM变换器的电路原理图,图中n、Lr、Lf、D、及cf和R构成 ZVS--QRC准谐振变换器,在谐振电感上并联一个辅助开关Trl,构成了ZVS--PWM 变换器。图2.13为该电路各电流、电压波形图。
设t=T0以前,主开关n和辅助开关Trl都是导通的。输出滤波电路为恒流源代 替。t=T0,令主开关Tr关断。从t=T0开始,一个周期可分为五个阶段的运行模式,
图2.14给出一个周期内五个阶段的等效电路拓扑图。
V
图2.12
Buck降压型ZVS--PWM变换器电路图图2.13 Buck降压型ZVS--PWM变换器主要波形图
设t<T0时,主开关Tr和辅助开关Trl均处于导通状态。
①To—T1恒流充电阶段
24
t=TO时,n关断。Trl仍导通,等效电路拓扑如图2.14(a)。这时开关管n的 电流is为零,而其输出电容(即谐振电容Cr)以Io恒流充电。t=Tl时,电容电压 Vcr(主开关电压VDS)线性上升到Vs,因而二极管D上的电压线性下降到零。D导
通,电感电流保持为Io,并通过Trl流通。
②T1一T2续流阶段
仁T1,D导通,恒流源短路。等效电路拓扑如图2.14(b)。这一阶段,主开关Tr 上的电压不变,电感电流通过辅助开关Trl流动,保持为Io。
(d)T2-T3 (e)TI-T2
图2.14 Buck型ZVS--PWM变换器一个周期内五个阶段等效电路拓扑
③T2一T3准谐振阶段
t=T2时,令辅助开关Trl关断,等效电路拓扑如图2.14(c)。Lr、Cr谐振,Lr 中能量释放,Vcr按谐振规律下降,电感电流则向负方向谐振增长,直到t=T3时,
Vcr=0,谐振停止,并创造了ZVS条件。
④T3一T4电感电流线性上升阶段
t=T3时,电压Vcr为零,Tr的反串二极管导通,等效电路拓扑如图2.14(d)。