第1章開關(guān)電源技術(shù)及PFC概述1.1什么是開關(guān)電源技術(shù)

1.2開關(guān)電源的構(gòu)成及特點(diǎn)

1.3改善開關(guān)電源諧波和功率因數(shù)的方法

1.1什么是開關(guān)電源技術(shù)◆直流電源分為：線性電源和開關(guān)電源。

?線性電源是指調(diào)整管工作在線性狀態(tài)下的直流穩(wěn)壓電源。

圖1-1利用可變電阻穩(wěn)壓◆實(shí)際電源電路中，通常利用負(fù)反饋原理，以輸出電壓的變化量去控制晶體管集電極與發(fā)射極之間的電阻值，原理電路見圖1-2。

圖1-2利用反饋加晶體管穩(wěn)壓1.1什么是開關(guān)電源技術(shù)?常用的線性串聯(lián)型穩(wěn)壓電源芯片有：78XX系列（正電壓型），79XX系列（負(fù)電壓型）（例如7805，輸出電壓為5V）；LM317（可調(diào)正電壓型），LM337（可調(diào)負(fù)電壓型）；

?由于調(diào)整管相當(dāng)于一個(gè)電阻，電流流過電阻時(shí)會(huì)發(fā)熱，所以工作在線性狀態(tài)下的調(diào)整管，一般會(huì)產(chǎn)生大量的熱，導(dǎo)致效率不高（滿載才80%）。這是線性電源的一個(gè)主要缺點(diǎn)。1.1什么是開關(guān)電源技術(shù)1.1什么是開關(guān)電源技術(shù)?線性電源特點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)：技術(shù)成熟，已有大量集成化的穩(wěn)壓電源模塊，穩(wěn)定性好，輸出紋波電壓小等。缺點(diǎn)：需要的變壓器為工頻變壓器體積大，效率低。

整流管流過和負(fù)責(zé)相同的電流，損耗增大；為減少紋波，輸入濾波電容容量要求大，否則脈動(dòng)電壓增加；此外，由于調(diào)整管功耗大，所以需要裝體積很大的散熱片，很難滿足現(xiàn)代電力電子設(shè)備發(fā)展的需求。1.1什么是開關(guān)電源技術(shù)1.1什么是開關(guān)電源技術(shù)?我們所說的開關(guān)電源技術(shù)特指采用PWM技術(shù)的DC/DC直流開關(guān)電源。?我們所用的電源是指經(jīng)過轉(zhuǎn)換才能符合使用的需要。例如，交流變直流，高壓變低壓等。也就是我們所謂的粗電變精電的過程。

?廣義的說，各種采用開關(guān)器件的電力變換電路都可以叫做開關(guān)電源。

■開關(guān)電源1.1什么是開關(guān)電源技術(shù)◆開關(guān)電源的特點(diǎn)

?直流電直接由市電整流獲得，不需要工頻變壓器，體積小重量輕。

?工作頻率高，濾波電容數(shù)值小也使得整個(gè)電源體積小，重量輕。

?調(diào)整管工作在開關(guān)狀態(tài)，功耗小，機(jī)內(nèi)溫升低，提升了整機(jī)的穩(wěn)定性和可靠性?！糸_關(guān)電源技術(shù)即現(xiàn)代電源技術(shù)。

1.1什么是開關(guān)電源技術(shù)◆電子設(shè)備的小型化和低成本化，使電源以輕、薄、小和高效率為發(fā)展方向。傳統(tǒng)的線性穩(wěn)壓電源很難滿足現(xiàn)代電子設(shè)備發(fā)展的要求?！糸_關(guān)電源以其體積小、重量輕、效率高性能穩(wěn)定等優(yōu)點(diǎn)逐漸取代傳統(tǒng)技術(shù)制造的線性電源，并廣泛應(yīng)用于電子整機(jī)和設(shè)備中。◆現(xiàn)代電源技術(shù)指開關(guān)電源技術(shù)1.1什么是開關(guān)電源技術(shù)1.2開關(guān)電源國內(nèi)外發(fā)展?fàn)顩r◆20世紀(jì)50年代，美國宇航局最先為搭載火箭開發(fā)了體積小，重量輕的開關(guān)電源。

◆20世紀(jì)80年代，計(jì)算機(jī)已經(jīng)全面實(shí)現(xiàn)了開關(guān)電源化。隨后90年代，開關(guān)電源在其他領(lǐng)域（電子，電氣設(shè)備、家電領(lǐng)域）得到了廣泛應(yīng)用。◆開關(guān)電源技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)

?高頻化、小型化。開關(guān)電源的體積、重量主要是由儲(chǔ)能元件決定。在一定范圍內(nèi)，開關(guān)頻率的提高，不僅能有效的減少儲(chǔ)能元件的體積、重量，而且還能抑制干擾，改善系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能。因此，高頻化是開關(guān)電源的主要發(fā)展方向。?高可靠性。從壽命的角度，提高電解電容，光耦，排風(fēng)扇的壽命。從設(shè)計(jì)的角度，提高電源集成度，減少元器件，簡(jiǎn)化電路，提高可靠性。

1.2開關(guān)電源國內(nèi)外發(fā)展?fàn)顩r?低噪聲。開關(guān)電源的頻率越高，噪聲也就越大。這是開關(guān)電源的缺點(diǎn)之一。因此，盡可能降低噪聲是開關(guān)電源的發(fā)展方向（目前是諧振轉(zhuǎn)換技術(shù)）

?采用計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)和控制。采用CAD設(shè)計(jì)（拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和參數(shù))，使開關(guān)電源具有最簡(jiǎn)結(jié)構(gòu)和最佳工況。在電路中引入微機(jī)監(jiān)測(cè)，構(gòu)成多功能監(jiān)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)、自動(dòng)報(bào)警等。

1.2開關(guān)電源國內(nèi)外發(fā)展?fàn)顩r?電力電子器件和磁性元件的發(fā)展與開關(guān)電源發(fā)展是息息相關(guān)的。?研究低損耗，低噪聲技術(shù)以及開發(fā)新型（高速高頻）元器件，是開關(guān)電源實(shí)現(xiàn)小型化、高頻化以及高可靠性的重要推動(dòng)。?

總之，高效率、小型化、智能化以及高可靠性是大勢(shì)所趨，也是開關(guān)電源今后的發(fā)展方向。1.2開關(guān)電源國內(nèi)外發(fā)展?fàn)顩r1.3改善開關(guān)電源功率因數(shù)和諧波的方法◆開關(guān)電源諧波嚴(yán)重和功率因數(shù)低的原因：二極管整流和電容濾波

◆解決用電設(shè)備諧波污染的方法：

（一）增設(shè)電網(wǎng)補(bǔ)償裝置（有源和無源濾波）

（二）改進(jìn)電力電子裝置使之不產(chǎn)生或產(chǎn)生很小的諧波（PWM整流和功率因數(shù)校正技術(shù)）（3-4）◆功率因數(shù)校正(PowerFactorCorrection,PFC)實(shí)現(xiàn)的方法

（一）無源功率因數(shù)校正（PassivePowerFactorCorrection,PPFC）

（二）有源功率因數(shù)校正（ActivePowerFactorCorrection,APFC）3-17無源功率因數(shù)校正(PPFC)技術(shù)是通過在整流電路中加入電感和電容等無源元件，使整流橋中的二極管導(dǎo)通時(shí)間變長，從而降低電流諧波，提高功率因數(shù)。它是傳統(tǒng)補(bǔ)償無功和抑制諧波的主要手段。PPFC技術(shù)具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單及成本低的優(yōu)點(diǎn)，雖然校正效果不如APFC技術(shù)理想，但在中小功率場(chǎng)合仍具有良好的應(yīng)用價(jià)值。（一）無源功率因數(shù)校正傳統(tǒng)無源濾波電路通常在分析PPFC原理時(shí)，采用的圖a所示的DCL方式電路，濾波電感接在整流橋的后面，而實(shí)際應(yīng)用中一般是將濾波電感接在整流橋的前面，采用的是圖所示的ACL方式電路，這種接法可以有效地去除直流分量，避免電感鐵心飽和。同時(shí)在相同的條件下，采用ACL方式輸出直流電壓損失較小，電源電壓利用率高。LC濾波電路中合適地選取電感值的大小，有利于PFC的效果。在輸出功率不變時(shí)，當(dāng)電感量較小(5mH)時(shí)，PFC效果不明顯，但隨著電感量的增大當(dāng)L=50mH時(shí)，整流二極管的導(dǎo)通時(shí)間變長，尖脈沖狀的輸入電流變得平滑，輸入電流總諧波減少。但當(dāng)L=300mH時(shí)，雖然高次諧波分量進(jìn)一步減小，輸入電流波形更近似于正弦波，但輸入電流與輸入電壓之間的相位差明顯加大，使得功率因數(shù)降低，無功功率增大，電源的利用率下降。從圖2-2中還可看出隨著電感量的增大直流輸出電壓明顯下降。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明無源LC濾波電路在小功率場(chǎng)合應(yīng)用，PFC較好，不太適合功率大于300W的應(yīng)用場(chǎng)合。圖2-3所示為輸出功率P=300W時(shí)的輸入電流波形和諧渡頻譜圖，從圖中可知雖然高次諧波含量得到了非常好的抑制，但隨著輸出功率的增大，輸人電流與輸入電壓之間的相位差明顯加大，使得PFC效果較差。輸入電流波形和輸出電壓平均值PPFC技術(shù)的主要優(yōu)點(diǎn)是：簡(jiǎn)單可靠、不需控制電路、EMI小。主要缺點(diǎn)是：（1）濾波電感和電容的值較大，因此體積較大，而且難以得到高功率因數(shù)（一般可提高到90%左右），在有些場(chǎng)合下，無法滿足現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的諧波限制要求；（2）如產(chǎn)生的諧波超過設(shè)計(jì)時(shí)的參數(shù)，會(huì)造成濾波器過載或損壞；（3）濾波電容上的電壓是后級(jí)DC/DC變換器的輸入電壓，它隨輸入交流電壓和輸出負(fù)載的變化而變化，這個(gè)變化的電壓影響了DC/DC變換器的性能。由于PPFC技術(shù)采用低頻電感和電容進(jìn)行輸入濾波，工作性能與頻率、負(fù)載變化及輸入電壓變化有關(guān)，因此比較適合于功率相對(duì)較?。ㄈ缧∮?00W）、對(duì)體積和重量要求不高且對(duì)價(jià)格敏感的場(chǎng)合應(yīng)用。（二）有源功率因數(shù)校正（APFC）APFC技術(shù)由于電路工作在高頻開關(guān)狀態(tài)，因此相對(duì)于PPFC技術(shù)具有體積小、重量輕、效率高的優(yōu)點(diǎn)，在開關(guān)電源中得到廣泛應(yīng)用。從不同的角度看，APFC技術(shù)有很多種分類方法。從電網(wǎng)供電方式來分，可分為單相APFC電路和三相APFC電路；從控制模式米分，可分為電流連續(xù)模式(ContinuousCurrern-Mode．CCM)、電流斷續(xù)模式（DiscontinuouaCUrrentMode，DCM）和電流臨界模式(BoundaryCurrent-Mode，BCM)從開關(guān)模式來分，可分為硬開關(guān)模式和軟開關(guān)模式；從電路構(gòu)成來分，可分為兩級(jí)APFC電路和單級(jí)APFC電路在開關(guān)電源等電力電子裝置中實(shí)施功率因數(shù)校正措施，除了要滿足這些強(qiáng)制標(biāo)準(zhǔn)的要求、獲得市場(chǎng)準(zhǔn)入條件外，其意義還有以下幾點(diǎn)：

(1)在開關(guān)電源等電力電子裝置中，實(shí)施PFC措施后，由于減少了諧波電流含量，有利于降低對(duì)其他用電設(shè)備的干擾，功率因數(shù)的提高也有利于提高電網(wǎng)設(shè)備的利用率和節(jié)約電能。

(2)采取PFC措施后（一般都使用Boost電路），電源的允許輸入電壓范圍擴(kuò)大，可以達(dá)到90-270V（單相），能適應(yīng)世界各國不同的電網(wǎng)電壓，大大提高了開關(guān)電源的可靠性。

（三）在開關(guān)電源中實(shí)施功率因數(shù)校正的意義（3）采取PFC措施后，由于PFC電路的穩(wěn)壓作用，其輸出電壓是基本穩(wěn)定的，有利于后級(jí)DC/DC變換電路的工作點(diǎn)保持穩(wěn)定和提高控制精度。（4）可以提高電網(wǎng)設(shè)備的安全性，在三相四線制電路中，3次諧波在中線中的電流同相位，導(dǎo)致中線電流很大致使中線有可能因過電流發(fā)熱而引起火災(zāi)、損壞電氣設(shè)備。在開關(guān)電源等電力電子裝置中，采取PFC揩施后，減小了諧波電流分量，減小了中線電流，可有效提高供電系統(tǒng)的可靠性。（5）可以提高開關(guān)電源等電力電子裝置自身的可靠性，如果不采取PFC措施，過大的尖蜂脈沖電流，嚴(yán)重危害直流側(cè)的濾波電容，引起二極管正向壓降增加、導(dǎo)致功耗增加。另外，輸入側(cè)的EMI濾波元件因承受高峰值電流脈沖，也需要加大參數(shù)指標(biāo)，以提高承受能力。（6）提高用電安全性，例如，美國從安全角度出發(fā)，提出功率因數(shù)的要求。在美國，辦公環(huán)境使用的110V/15A電源插座，由于UL（美國保險(xiǎn)商實(shí)驗(yàn)所）標(biāo)準(zhǔn)的限制只能使用12A的電流。如果電源效率為85%、PF=065，設(shè)備只能得到729.3W的功率(110V×12A×085×

65=729.3W)，功率再大就要跳閘。同樣輸入條件下，增加輸出功率有兩種辦法：一是提高電源效率；二是提高功率因數(shù)。提高效率要受到電源電路水平的限制，難度較大，并且效果也不明顯，但提高功率因數(shù)則效果明顯，例如把PF=0.65提高到PF=099，設(shè)備在相同條件下就能得到1170的功率(110V×12A×085×099=1170W)，這樣就可以滿足新一代工作站、大功率音響設(shè)備等需要較大（一般都在700W以上）功率的要求。（四）PFC技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)及研究熱點(diǎn)從無源到有源PFC得益于電力電子器件的發(fā)展，APFC從單相到三相，從硬開關(guān)到軟開關(guān)。研究熱點(diǎn)：（1）新型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的提出，主要是基于已有的或新的原理得到新型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，以提高轉(zhuǎn)換效率或達(dá)到簡(jiǎn)化電路結(jié)構(gòu)的目的。（2）把DC/DC變換器中的新技術(shù)應(yīng)用于APFC電路中。例如，軟開關(guān)技術(shù)的應(yīng)用可以提高開關(guān)頻率、減少開關(guān)損耗和EMI。（3)基于已有拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的新控制方法，以及基于新拓?fù)涞奶厥饪刂品椒ǖ难芯?，引入預(yù)測(cè)控制、空間矢量控制、單周期控制、滑模變結(jié)構(gòu)控制以及模糊控制等新型控制策略可改善電路的性能。總之，成本低、效率高、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、容易實(shí)現(xiàn)，并且具有高響應(yīng)速度、低輸出電壓紋波提高功率因數(shù)變換器是研究人員追求的最終目標(biāo)。第2章APFC的典型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)

2.1升降壓變換電路

2.2單端正激變換電路

2.3單端反激變換電路

2.4推挽式變換電路

2.5

半橋和全橋變化電路概述APFC機(jī)構(gòu)：兩級(jí)結(jié)構(gòu)和單級(jí)結(jié)構(gòu)兩級(jí)結(jié)構(gòu)第一級(jí)是PFC，通常采用BOOST電路，其任務(wù)是實(shí)現(xiàn)網(wǎng)側(cè)電流正弦化以及電壓粗調(diào)；第二級(jí)是DC/DC（直接或間接變換），其任務(wù)是對(duì)輸出電壓進(jìn)行細(xì)調(diào)。優(yōu)點(diǎn)：性能好，，技術(shù)成熟；缺點(diǎn)結(jié)構(gòu)復(fù)雜、整機(jī)效率較低和性價(jià)比不高，適用于精密儀器電源等。單級(jí)結(jié)構(gòu)PFC和DC/DC變換合二為一，目的減少元器件、節(jié)約成本，提高效率和簡(jiǎn)化控制。特點(diǎn)：整機(jī)效率高（電腦、電視的電源），性能稍差，所以目前研究主要集中在單級(jí)APFC。兩級(jí)APFC結(jié)構(gòu)

單級(jí)APFC結(jié)構(gòu)

2.1BUCK（BOOST)APFC變換電路（一）BUCK變換電路

帶有APFC的DC/DC和普通DC／DC變換器時(shí)主要有以下兩點(diǎn)不同：

（1）輸入電壓非穩(wěn)定的直流電壓；（2）輸出輸入電壓比非定值。

因此構(gòu)成PFC電路的變換器分析比較復(fù)雜。由于變換器中的開關(guān)頻率遠(yuǎn)高于輸入電壓頻率，因此在以下的分析中，我們采用準(zhǔn)靜態(tài)的方法分析變換器的工作，這種分析方法是建立在小信號(hào)線性化近似基礎(chǔ)上的。電路特點(diǎn)電流斷續(xù)，輸入功率因數(shù)低。BuckPFC變換器的優(yōu)點(diǎn)是輸出電壓較低。在低輸出電壓（33V-l.8V等）兩級(jí)式變換的場(chǎng)合，可“減小后級(jí)變換器的電壓傳輸比。缺點(diǎn)是無論其工作在DCM或者CCM模式，在輸入電壓過零附近，由于開關(guān)管將關(guān)斷，輸入電流為零，不能取得高功率因數(shù)。并且在每個(gè)開關(guān)周期內(nèi)，輸入電流都是斷續(xù)的，輸入端需要較大的LC濾波器消除高頻紋波。（二）BOOSTAPFC電路電路特點(diǎn)：有DCM和CCM兩種工作方式，電感足夠大時(shí)電網(wǎng)電流連續(xù)（常用）。濾波電感串聯(lián)在輸入端，輸入電流高頻紋波小。（三）基于Cuk、Sepic和Zeta電路的PFC變換器

前三種基本拓?fù)涫怯秒姼凶鳛閭魉湍芰康脑?，基于Cuk、Sepic和Zeta電路的PFC變換器是用電容作為傳送能量的元件。基于Cuk、Zeta和Sepic的PFC變換器工作原理相似，輸入電流和輸入電壓為同相位的正弦量，功率因數(shù)校正效果較理想，但并不廣為使用，原因是能量轉(zhuǎn)換用電容需要承受極大的紋波電流，這種電容成本高，可靠性也稍差些。2.2正激APFC變換器圖2-2正激變換電路■正激電路(Forward)

◆工作過程

?開關(guān)VT開通后，變壓器原邊繞組兩端的電壓為上正下負(fù)，與其耦合的副邊繞組兩端的電壓也是上正下負(fù)，因此VD處于通態(tài)。

?VT關(guān)斷后，電感L通過

VD1續(xù)流，VD關(guān)斷。?正激變換就是帶隔離的Buck斬波電路2.2正激APFC變換器圖2-3帶有磁復(fù)位的正激電路■正激電路的磁復(fù)位變壓器線圈電壓或電流回零時(shí)，磁芯中的磁通并不為零，稱之為剩磁。剩磁的累加可能導(dǎo)致磁芯飽和，因此正激電路需要磁復(fù)位技術(shù)。2.2正激APFC變換器圖2-4正激變換電路工作波形SuVT

iLiSOttttUiOOO圖2-5正激變換電路工作波形2.2正激APFC變換器

◆

變壓器的磁心復(fù)位所需的時(shí)間為,◆輸出電壓

?輸出濾波電感電流連續(xù)時(shí)

磁復(fù)位期間，開關(guān)管兩端電壓為

◆

變壓器的磁心復(fù)位所需的時(shí)間推導(dǎo)：利用開關(guān)管導(dǎo)通期間變壓器原邊磁通的增加量等于關(guān)斷期間磁通的減少量。

導(dǎo)通期間

關(guān)斷期間2.2正激APFC變換器

◆

輸出電壓推導(dǎo)：利用開關(guān)管導(dǎo)通期間電感儲(chǔ)存的能量等于關(guān)斷期間電感釋放的能量。

導(dǎo)通期間

關(guān)斷期間2.2正激APFC變換器正激電路的缺點(diǎn)?正激變換器因?yàn)閺?fù)位繞組的存在使變壓器體積增加。?正激變換器的占空比不能太大（小于50%），會(huì)引起磁芯飽和以及關(guān)斷期間不能完成磁復(fù)位。（通過減少復(fù)位繞組匝數(shù)解決，但會(huì)增加關(guān)斷期間開關(guān)管兩端的電壓）。?單管正激電路很少采用2.2正激APFC變換器圖2-6雙管正激變換電路2.2正激APFC變換器2.2正激APFC變換器雙管正激電路的特點(diǎn)?取消復(fù)位繞組，降低了變壓器的體積和工藝要求。?開關(guān)管承受的電壓降低（電源電壓和二極管的管壓降）。?雙管正激電路可靠性高（不存在直通問題），結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，在中小功率開關(guān)電源中應(yīng)用比較普遍。工作原理Flyback電路是最簡(jiǎn)單的單級(jí)PFC電路，長期以來是非常流行的一種電路拓?fù)?。變壓器既是一種儲(chǔ)能裝置，又起到隔離變換的作用。對(duì)輸入電路而言，DC/DC變換器可等效為一個(gè)受占空比控制的無損電阻，可使輸入功率因數(shù)近似為1。Flyback電路因工作在DCM狀態(tài)下，開關(guān)管的電流應(yīng)力很大，同時(shí)由于以低于輸入交流頻率的頻率進(jìn)行PWM控制，輸出電壓中含有很高的低頻紋渡，除了特殊用途一般不單獨(dú)使用。2.3反激（Flyback）APFC變換器2.3單端反激變換器依據(jù)變壓器二次側(cè)能量在截止期間是否完全傳送出去，反激電路的工作狀態(tài)分為兩種：?電流連續(xù)

導(dǎo)通期間

截止期間

由磁通平衡原理得：2.3單端反激變換器?電流斷續(xù)此時(shí)先求出電流斷續(xù)發(fā)生時(shí)刻

求得

輸入電源在一個(gè)周期內(nèi)提供的平均功率為：

注意：反激電路不能開路，此時(shí)反激電路特點(diǎn)：?電路簡(jiǎn)單。沒有續(xù)流二極管和濾波儲(chǔ)能電感，不需要復(fù)位繞組（開關(guān)管關(guān)斷期間，二次側(cè)繞組完成能量傳遞，同時(shí)完成磁復(fù)位）?輸出電壓紋波大。(可以增大濾波電容，但會(huì)增加成本和體積）?主要用于100W左右的小功率電源，且對(duì)電源性能指標(biāo)要求不太嚴(yán)格的場(chǎng)合。2.3單端反激變換器反激變換器設(shè)計(jì)存在的困難?當(dāng)反激電路工作于電流連續(xù)時(shí)，直流分量相當(dāng)大，處理不當(dāng)會(huì)造成磁芯飽和，功率管損壞。?為避免飽和，變壓器磁芯應(yīng)增加氣隙。氣隙的調(diào)整是一件麻煩的工作。因?yàn)闅庀对黾訒?huì)使漏感增加，而且自感減少（會(huì)影響到輸出電壓以及單位時(shí)間能量的傳輸),因此，必須加以綜合考慮。?為防止開關(guān)管承受電壓過大，占空比D不能太大，一般為0.3~0.4。占空比的減小，會(huì)影響到輸出電壓減小。參數(shù)之間關(guān)系相互牽制，需要綜合考慮。而正激電路與占空比無關(guān)。2.3單端反激變換器2.4基于Flyback的全橋PFC變換器

PFC技術(shù)發(fā)展到今天已經(jīng)逐漸融入到了許多優(yōu)秀的變換器電路中。這些新的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)可以很好地抑制變換器輸入諧波，整定輸人電流波形，同時(shí)又具有極好的輸出特性，充分發(fā)揮PFC電路和功率變換電路的優(yōu)勢(shì)。

Boost電路作為PFC的優(yōu)秀拓?fù)洌c全橋、推挽、半橋等拓?fù)涞慕Y(jié)合可以獲得性能良好的新型單級(jí)PFC變換器拓?fù)?。圖2-5所示電路為Boost電路與全橋變換器合成的單級(jí)PFC電路。該電路可以實(shí)現(xiàn)對(duì)輸入電流波形的整定，同時(shí)又可以應(yīng)用于較大功率場(chǎng)臺(tái)，發(fā)揮了全橋電路的優(yōu)勢(shì)。同時(shí)，PFC電路還可以與其他電路結(jié)合，也能達(dá)到很好的效果

工作原理：當(dāng)VT1、VT2同時(shí)導(dǎo)通時(shí)，相當(dāng)于BoostPFC電路的開關(guān)S導(dǎo)通，電感L充電；當(dāng)VT1、VT4或VT2、VT3同時(shí)導(dǎo)通時(shí)，相當(dāng)于BoostPFC電路的開關(guān)S關(guān)斷，輸入電壓和電感同時(shí)向負(fù)載供電。所以，變換器在工作原理上可以等效成基本的BoostPFC電路。倍流整流和同步整流（補(bǔ)充）用倍流電路代替全橋整流或變壓器副邊的中心抽頭電路，以減少導(dǎo)通損耗（低壓場(chǎng)合）以及變壓器工藝復(fù)雜性（2）輸出端整流一般用肖特基二極管（3）在低壓輸出場(chǎng)合（2V或更低）輸出端整流用小功率低壓MOS管代替肖特基二極管，因?yàn)樾」β蔒OS管的壓降更低，可以提高效率。（4）這種電路稱做同步整流，而同步整流技術(shù)也成為低壓大電流高頻整流技術(shù)中不可或缺的部分圖2-8倍頻整流電路圖2-8同步整流電路2.4推挽變換器與雙管正激電路區(qū)別（從電路結(jié)構(gòu)和兩個(gè)開關(guān)管的驅(qū)動(dòng)信號(hào)區(qū)分）變壓器磁芯工作在一三象限，即雙向磁化。工作原理?重新定義占空比在半個(gè)周期內(nèi)開關(guān)管導(dǎo)通，關(guān)斷一次。

?分析VT1導(dǎo)通時(shí)，變壓器副邊二極管VD3導(dǎo)通，把一次側(cè)能量傳遞給負(fù)載。VT1截止后，變壓器經(jīng)二極管VD2復(fù)位，將VT1導(dǎo)通期間的勵(lì)磁能量返回電源。此時(shí)變壓器副邊兩個(gè)二極管（變壓器漏感的原因）都導(dǎo)通，把變壓器一、二次側(cè)電壓鉗位為零。

2.3推挽變換器圖2-8推挽式變換電路2.3推挽變換器S1S2uS1uS2iS1iS2iD1iS2tonTtttttttt2Ui2UiiLiLOOOOOOOO圖2-9推挽電路的理想化波形

◆

輸出電壓推導(dǎo)：利用開關(guān)管導(dǎo)通期間電感儲(chǔ)存的能量等于關(guān)斷期間電感釋放的能量。

導(dǎo)通期間

關(guān)斷期間2.3推挽變換器2.3推挽變換器

?當(dāng)輸出電感電流連續(xù)時(shí)?

當(dāng)輸出電感電流不連續(xù)時(shí)，輸出電壓Uo將連續(xù)時(shí)的計(jì)算值，并隨負(fù)載減小而升高，在負(fù)載為零的極限情況下

?其它關(guān)系式（1）開關(guān)管VT1(VT2)截止時(shí)承受的電壓為2Ui。為(適用于低輸入電壓場(chǎng)合）（2）整流管承受的電壓為（3）與開關(guān)管并聯(lián)的二極管承受的電壓為2Ui2.3推挽變換器推挽式的優(yōu)點(diǎn)：

?電壓利用率高。開關(guān)和交替工作，其輸出電壓波形非常對(duì)稱，并且開關(guān)電源在整個(gè)工作周期之內(nèi)都向負(fù)載提供功率輸出，因此，其輸出電流瞬間響應(yīng)速度很高，電壓輸出特性很好。推挽式變壓器開關(guān)電源是所有開關(guān)電源中電壓利用率最高的開關(guān)電源，它在輸入電壓很低的情況下，仍能維持很大的功率輸出，所以推挽式變壓器開關(guān)電源被廣泛應(yīng)用于低輸入電壓的電路中。

?推挽式開關(guān)電源的兩個(gè)開關(guān)器件有一個(gè)公共接地端，相對(duì)于半橋式或全橋式開關(guān)電源來說，驅(qū)動(dòng)電路要簡(jiǎn)單很多，這也是推挽式開關(guān)電源的一個(gè)優(yōu)點(diǎn)。2.3推挽變換器

?雙極性磁化使得變壓器，磁感應(yīng)變化范圍比單極性大，變壓器鐵心不需要?dú)庀?，增加了電源的效率缺點(diǎn)：?開關(guān)器件需要很高的耐壓，輸入電壓兩倍。?變壓器有兩組初級(jí)線圈，對(duì)于小功率輸出的推挽式開關(guān)電源是個(gè)缺點(diǎn)，對(duì)于大功率輸出的推挽式開關(guān)電源是個(gè)優(yōu)點(diǎn)。2.4半橋電路圖2-10半橋電路原理圖圖2-11半橋電路的理想化波形2.4半橋電路2.4半橋電路◆工作過程

?VT1導(dǎo)通時(shí)二極管，VD3處于通態(tài)，VD4截止，電感儲(chǔ)能，電流增加。

?VT1截止后，兩個(gè)開關(guān)都關(guān)斷時(shí)，一次側(cè)電流VT2經(jīng)并聯(lián)的二極管VD2續(xù)流，由于VD2

的導(dǎo)通，一次側(cè)電壓變?yōu)樨?fù)值，二極管VD4導(dǎo)通，VD3繼續(xù)導(dǎo)通（變壓器漏感)，VD3和VD4都處于通態(tài)，各分擔(dān)一半的負(fù)載電流，變壓器繞組中的電流為零。

?后半個(gè)周期的工作過程與之前相似，只是一次電壓、電流反向，二次側(cè)電壓也反向。其數(shù)值關(guān)系不變。2.4半橋電路◆輸出電壓

?濾波電感L的電流連續(xù)時(shí)，利用半個(gè)周期內(nèi)電感電流的增加量與其減少量相等，得

?輸出電感電流不連續(xù)，輸出電壓Uo將高計(jì)算值，并隨負(fù)載減小而升高，在負(fù)載為零的極限情況下?其它關(guān)系式（1）開關(guān)管VT1(VT2)截止時(shí)承受的電壓為Ui。為(適用于高輸入電壓場(chǎng)合）（2）整流管承受的電壓為（3）與開關(guān)管并聯(lián)的二極管承受的電壓為Ui2.4半橋電路◆半橋電路的偏磁現(xiàn)象及解決

?半橋電路由于兩個(gè)開關(guān)工作特性不同而導(dǎo)致導(dǎo)通時(shí)間不對(duì)稱，從而造成的變壓器一次側(cè)電壓出現(xiàn)直流分量。這種現(xiàn)象稱為直流偏磁。直流諞磁容易造成變壓器飽和。?通常通過在一次側(cè)串聯(lián)耦合電容解決。由于電容的隔直作用，半橋電路對(duì)由于兩個(gè)開關(guān)導(dǎo)通時(shí)間不對(duì)稱而造成的變壓器一次側(cè)電壓的直流分量有自動(dòng)平衡作用。?注意電容選等效電阻小的，否則分壓太大。因此耦合電容容量不能太大，通常選用無極性的薄膜電容。2.5全橋電路圖2-12全橋電路原理圖

2.5全橋電路S1S2uS1uS2iS1iS2iD1iS2tonTtttttttt2Ui2UiiLiLOOOOOOOO圖2-13全橋電路的理想化波形2.5全橋電路■全橋電路

◆工作過程

?全橋電路中，互為對(duì)角的兩個(gè)開關(guān)同時(shí)導(dǎo)通，同一側(cè)半橋上下兩開關(guān)交替導(dǎo)通，使變壓器一次側(cè)形成幅值為Ui的交流電壓，改變占空比就可以改變輸出電壓。

?當(dāng)VT1與VT4開通后，VD5處于通態(tài)，電感L的電流逐漸上升。?當(dāng)VT2與VT3開通后，VD6處于通態(tài)，電感L的電流也上升。

?當(dāng)4個(gè)開關(guān)都關(guān)斷時(shí)，VD5

、VD6都處于通態(tài)，各分擔(dān)一半的電感電流，電感L的電流逐漸下降。2.5全橋電路◆輸出電壓

?濾波電感電流連續(xù)時(shí)

?輸出電感電流不連續(xù)，輸出電壓Uo將高于計(jì)算值，并隨負(fù)載減小而升高，在負(fù)載為零的極限情況下

2.5全橋電路

?如果VT1、VT4與VT2、VT3的導(dǎo)通時(shí)間不對(duì)稱，則交流電壓uT中將含有直流分量，會(huì)在變壓器一次側(cè)產(chǎn)生很大的直流分量，造成磁路飽和，因此全橋電路應(yīng)注意避免電壓直流分量的產(chǎn)生，也可在一次側(cè)回路串聯(lián)一個(gè)電容，以阻斷直流電流。

?為避免同一側(cè)半橋中上下兩開關(guān)同時(shí)導(dǎo)通，每個(gè)開關(guān)的占空比不能超過50%，還應(yīng)留有裕量。

電路優(yōu)點(diǎn)缺點(diǎn)功率范圍應(yīng)用領(lǐng)域正激電路較簡(jiǎn)單，成本低，可靠性高，驅(qū)動(dòng)電路簡(jiǎn)單變壓器單向激磁，利用率低幾百W~幾kW各種中、小功率電源反激電路非常簡(jiǎn)單，成本很低，可靠性高，驅(qū)動(dòng)電路簡(jiǎn)單難以達(dá)到較大的功率，變壓器單向激磁，利用率低幾W~幾十W小功率電子設(shè)備、計(jì)算機(jī)設(shè)備、消費(fèi)電子設(shè)備電源。全橋變壓器雙向勵(lì)磁，容易達(dá)到大功率結(jié)構(gòu)復(fù)雜，成本高，有直通問題，可靠性低，需要復(fù)雜的多組隔離驅(qū)動(dòng)電路幾百W~幾百kW大功率工業(yè)用電源、焊接電源、電解電源等半橋變壓器雙向勵(lì)磁，沒有變壓器偏磁問題，開關(guān)較少，成本低有直通問題，可靠性低，需要復(fù)雜的隔離驅(qū)動(dòng)電路幾百W~幾kW各種工業(yè)用電源，計(jì)算機(jī)電源等推挽變壓器雙向勵(lì)磁，變壓器一次側(cè)電流回路中只有一個(gè)開關(guān)，通態(tài)損耗較小，驅(qū)動(dòng)簡(jiǎn)單有偏磁問題幾百W~幾kW低輸入電壓的電源表2-1各種不同的間接直流變流電路的比較

隨著PFC的應(yīng)用普及，APFC電路拓?fù)淙諠u成熟。但關(guān)于APFC的控制策略的研究目前仍然十分活躍，這從側(cè)面反映出該領(lǐng)域還有許多問題尚待解決。APFC技術(shù)的每一種控制策略都有其各自的優(yōu)勢(shì)和不足，本章介紹幾種常用的APFC控制策略，對(duì)比分析各自的優(yōu)缺點(diǎn)和適用場(chǎng)合，并指出APFC控制技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)。前文提到，根據(jù)功率因數(shù)校正用電感電流是否連續(xù)，APFC可分為電流連續(xù)模式(CCM)和電流斷續(xù)模式(DCM)。以及介于兩者之間的電流臨界模式(BCM)。有的電路還根據(jù)負(fù)載功率的大小，使得變換器在DCM和CCM之間互相轉(zhuǎn)換，稱為混聯(lián)模式(MCM)。當(dāng)變換器工作在不同的導(dǎo)通模式時(shí)，其功率因數(shù)校正的控制方法完全不同。第3章APFC控制策略4.1CCM控制策略CCM模式下的電流控制是目前應(yīng)用最多的控制方式。CCM模式下有直接電流控制和間接電流控制兩種方式。直接電流控制是直接選取瞬態(tài)電感電流作為反饋量和控制量，其優(yōu)點(diǎn)是電流的瞬態(tài)特性好，自身具有過電流保護(hù)能力，但是需要檢測(cè)瞬態(tài)電流，控制電踣稍顯復(fù)雜；間接電流控制是通過控制整流橋輸入端電壓來間接實(shí)現(xiàn)對(duì)電流的控制，其優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，開關(guān)機(jī)理清晰。在CCM模式下，直接電流控制是應(yīng)用最多的方式，它也是發(fā)展的主流，適用于對(duì)系統(tǒng)性能要求較高的大功率場(chǎng)合。（一）峰值電流控制峰值電流控制屬于定頻控制。每一開關(guān)周期開始時(shí)MOS管導(dǎo)通，電感電流線性增加，然后將電感電流的檢測(cè)信號(hào)與參考信號(hào)相比，當(dāng)電感電流檢測(cè)值等于電感電流參考值時(shí)，MOS管關(guān)斷，電感電流減少，當(dāng)電感電流降為零時(shí)，MOS管再導(dǎo)通，如此周而復(fù)始。電感電流的參考信號(hào)由系統(tǒng)輸出電壓檢測(cè)值與給定值相減，再經(jīng)由PI調(diào)節(jié)器，然后將PI調(diào)節(jié)器的輸出與整流橋后端的boost電路輸入電壓波形相乘得到。由于電感電流參考信號(hào)由電壓反饋環(huán)決定，當(dāng)系統(tǒng)穩(wěn)定工作時(shí)電感電流的包絡(luò)基本為正弦波。峰值電流控制的斜坡補(bǔ)償（1）在電源電壓過零附近加在電感兩端的電壓很小,需要較長的開通時(shí)間,才能達(dá)到電流基準(zhǔn),而又由于定頻時(shí)鐘周期的限制,從而使電感電流在開關(guān)周期內(nèi)不可能達(dá)到電流基準(zhǔn)。在這些開關(guān)周期內(nèi),電流工作在不連續(xù)模式(DCM)。（2）斜坡補(bǔ)償相當(dāng)于在電感電流中加入一個(gè)斜波信號(hào)，亦或在參考信號(hào)減去一個(gè)斜波信號(hào)，從而來增加導(dǎo)通時(shí)間，使其電流達(dá)到基準(zhǔn)值。（3）斜坡補(bǔ)償要得當(dāng)，同時(shí)也會(huì)帶來失真、功率因數(shù)下降等問題只有一個(gè)電壓環(huán)，輸入電流的峰值包絡(luò)線跟蹤輸入電壓波形。優(yōu)點(diǎn)：簡(jiǎn)單易于實(shí)現(xiàn)（芯片L6561/6562，ML4812，4819等）缺點(diǎn)：（1）占空比受輸出電壓和電感電流共同作用，超過50%

容易不穩(wěn)定（2）當(dāng)交流電網(wǎng)電壓從零上升到峰值電壓時(shí)，占空比也由

最大值變至最小值，因此有可能產(chǎn)生高次諧渡振蕩。為克

服這

一缺點(diǎn)，必須在比較器的輸人端增加一個(gè)斜率補(bǔ)償（

或稱斜坡補(bǔ)償）函數(shù)，以便在占空比廣泛變化內(nèi)，電路能

穩(wěn)定工作。

（3）電流峰值和平均值之間存在誤差，有些條件下還很大

，以至于無法滿足THD很小的要求（4）電感電流的峰值對(duì)噪聲變化相當(dāng)敏感?？偨Y(jié)：這種方法在APFC控制中逐漸被淘汰。（二）平均電流控制

平均電流控制中的電流環(huán)有較高的增益帶寬，它使跟蹤誤差產(chǎn)生的畸變很小，容易實(shí)現(xiàn)接近于1的功率因數(shù)。同時(shí)對(duì)噪聲不敏感、穩(wěn)定性高，因而得到了廣泛的應(yīng)用。以平均電流控制原理設(shè)計(jì)的PFC集成控制器常用的有UC3854，在單相Boost型電路得到了普遍應(yīng)用。其他平均電流型控制IC有TDA4819，C33368、ML4821等(三）滯環(huán)控制滯環(huán)控制特點(diǎn)：

(1)控制簡(jiǎn)單、電流動(dòng)態(tài)響應(yīng)快、具有內(nèi)在的電流限制能力；(2)開關(guān)頻率在一個(gè)工頻周期中不恒定，引起EMI的問題和電流過零點(diǎn)的死區(qū)。

(3)負(fù)載對(duì)開關(guān)頻率影響很大，濾波器只能接最低頻率設(shè)計(jì)，因此不可能得到體積和重量最小的設(shè)計(jì)；

(4)滯環(huán)寬度對(duì)開美頻率和系統(tǒng)性能影響大，需合理選取?？刂艻C有CS3810等

DCM控制的方法又稱為電壓跟蹤法，是APFC控制中一種簡(jiǎn)單而又實(shí)用的方法，應(yīng)用較為廣泛。升壓變換器的電壓“跟隨”特性在每一開關(guān)周期內(nèi),流過電感的平均電流穩(wěn)態(tài)時(shí)，D和T不變，電感電流平均值和輸入電壓成正比，輸入電流平均值能夠自動(dòng)“跟蹤”輸入電壓呈正弦波，因此不再需要輸入電流控制環(huán)。（一）基于3842的恒頻控制此控制方式的主要優(yōu)點(diǎn)是控制電路簡(jiǎn)單，缺點(diǎn)是輸入功率因數(shù)的理想值不能達(dá)到1，輸出電壓與輸入電壓峰值的比值越大，輸入電流畸變程度越小。該控制方式下的電流THD可控制在10%以內(nèi)。（一）基于3852的變頻控制與電流連續(xù)（CCM）的不同之處在于把乘法器換成加法器（因?yàn)殡娏鲾嗬m(xù)，不用乘法器）功率管可實(shí)現(xiàn)零電流開通，同時(shí)不需要連續(xù)導(dǎo)通模式那樣復(fù)雜的控制回路，使用通常的PWM控制就可實(shí)現(xiàn)。由于不連續(xù)導(dǎo)通模式的控制電路簡(jiǎn)單，成本低，因此非常適合在數(shù)百瓦的小功率領(lǐng)域應(yīng)用；應(yīng)用于數(shù)千瓦的大功率電力電子裝置時(shí)，輸人EMI和半導(dǎo)體器件的電流應(yīng)力較大。分恒頻和變頻兩種控制方式4.3APFC的新型控制策略（單周期控制）每個(gè)時(shí)鐘脈沖到來時(shí)，S1斷開積分器開始積分，當(dāng)兩者相等時(shí)，比較器翻轉(zhuǎn)，輸出低電平，S1閉合，積分器開始復(fù)位。常用芯片為IR1150APFC的發(fā)展趨勢(shì)尋求更加簡(jiǎn)化的控制策略、降低PFC成本、減小THD和EMI、降低器件開關(guān)應(yīng)力、提高整機(jī)效率仍然是今后APFC控制策略的發(fā)展趨勢(shì)。中大功率的電力電子設(shè)備在電網(wǎng)中占有很大比重，因此，三相APFC應(yīng)是APFC研究的重點(diǎn)。隨著三相APFC整機(jī)成本的提高和開關(guān)頻率的降低，依托高速的數(shù)字處理器，數(shù)字控制成為發(fā)展的主流。由于各種控制策略都有優(yōu)缺點(diǎn)，將各種控制策略合理搭配，取長補(bǔ)短，可以得到理想的控制效果，這也是控制技術(shù)發(fā)展的個(gè)方向。第3章開關(guān)電源中高頻磁元件的設(shè)計(jì)

3.1磁性材料概述

3.2高頻變壓器磁芯的選擇

3.3高頻變壓器的設(shè)計(jì)

3.3電感器和反激變換器設(shè)計(jì)

3.1磁性材料概述◆磁性元件在開關(guān)電源中的應(yīng)用

磁性元件是儲(chǔ)能、轉(zhuǎn)換及隔離所必備的元件，常把它作為變壓器或電感器來使用。?當(dāng)變壓器主要用于電氣隔離，能量傳遞，升降壓以及電壓電流測(cè)量。?當(dāng)電感器主要用于儲(chǔ)能、濾波，抑制電流尖峰，與電容產(chǎn)生諧振，實(shí)現(xiàn)軟開關(guān)。3.2高頻變壓器磁芯的選擇◆高頻變壓器所用磁性材料

磁芯是制造高頻變壓器的重要組成材料，設(shè)計(jì)合理、正確地選擇磁芯材料參數(shù)、結(jié)構(gòu)，對(duì)變壓器的性能和可靠性以及電源整機(jī)的性能至關(guān)重要。一、高頻變壓器對(duì)磁芯材料的要求?具有高的磁感應(yīng)密度Bs。鐵芯尺寸一定時(shí)，工作磁感應(yīng)密度越高，可傳輸?shù)墓β试酱?。同等功率傳輸條件下，鐵芯的體積和重量可以減少。

?具有低的鐵損PC。鐵損包括磁滯損耗、渦流損耗等。磁阻損耗是由于磁性材料在磁化過程中的不可逆現(xiàn)象造成。其數(shù)值正比于磁滯回線的面積。渦流損耗是由于交變磁通在磁芯中產(chǎn)生交流電勢(shì)而引起渦流所致的損耗。渦流損耗與電阻率成反比。因此，高頻變壓器應(yīng)選用磁滯回線窄、電阻率高、密度大的材料。?具有高的磁導(dǎo)率μ

磁導(dǎo)率是衡量物質(zhì)對(duì)磁場(chǎng)所呈現(xiàn)的性質(zhì)的物理量。磁導(dǎo)率雖然與變壓器傳輸功率沒有直接關(guān)系，但在高頻變壓器設(shè)計(jì)時(shí)，還是希望選用磁導(dǎo)率高的磁芯材料。在磁芯尺寸一定的條件下，磁導(dǎo)率越高，電感量越大，磁化電流減小。在同等電感量L下，μ值大，線圈的匝數(shù)可以減少。這在單極性變換器中，變壓器初級(jí)電感儲(chǔ)能要求尤為重要。3.2高頻變壓器磁芯的選擇?磁芯的結(jié)構(gòu)要合理。選擇磁芯結(jié)構(gòu)考慮的因素主要有：低的漏磁和漏感；有利于散熱；繞制工藝簡(jiǎn)單，裝配容易方便等。?其他性能要求，如好的機(jī)械特性；小的工作噪聲；寬的工作頻率范圍；好的溫度穩(wěn)定性以及好的性價(jià)比等。二、開關(guān)電源變壓器常用磁芯材料

開關(guān)電源高頻變壓器所用磁芯材料，大多數(shù)是采用低磁場(chǎng)下使用的軟磁材料，它具有高磁導(dǎo)率，低的矯頑力，高的電阻率。這類磁芯材料的種類、規(guī)格繁多，性能參數(shù)指標(biāo)各異，需要根據(jù)具體情況進(jìn)行選取。3.1高頻變壓器磁芯的選擇

目前開關(guān)電源中變壓器的磁芯材料大多采用軟磁鐵氧體材料。鐵氧體材料的特點(diǎn)是：電阻率高，交流渦流損耗小，價(jià)格低、易于加工成各種形狀結(jié)構(gòu)的磁芯。不足之處是：飽和磁感應(yīng)密度低，磁導(dǎo)率不高，磁性能對(duì)溫度的變化較敏感。在大功率開關(guān)電源中，因?yàn)殍F氧體的磁通密度低，磁芯的體積、重量加大，繞組所用銅材增加，其價(jià)格優(yōu)勢(shì)無法顯露，小型化，輕量化受到限制。因此，非晶、超微晶磁性材料受到青睞。這類材料除電阻率低外，綜合性能比鐵氧體優(yōu)異，但價(jià)格要貴（隨著工藝發(fā)展，其價(jià)格也是逐漸降低）。同時(shí)，節(jié)能是非晶、超微晶磁性的優(yōu)勢(shì)。所以，非晶、超微晶將成為高頻大功率開關(guān)電源變壓器磁芯材料的最佳選擇。3.1高頻變壓器磁芯的選擇

設(shè)計(jì)變壓器時(shí)，應(yīng)當(dāng)預(yù)先知道電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)、工作頻率、輸入輸出功率，同時(shí)還應(yīng)當(dāng)知道所設(shè)計(jì)的變壓器允許多大損耗?？偸且宰顗那闆r設(shè)計(jì)變壓器，保證設(shè)計(jì)的變壓器在規(guī)定的任何情況下都能正常工作?！糇儔浩髟O(shè)計(jì)一般問題?變壓器寄生參數(shù)及其影響（1）漏感。漏感儲(chǔ)存的能量與負(fù)載電流和線圈電流的平方成正比。漏感阻止開關(guān)和整流器電流的瞬態(tài)變化，使輸出特性變軟。（2）激磁電感激磁電感和漏感能量在開關(guān)轉(zhuǎn)換瞬時(shí)引起電壓尖峰，是EMI的主要來源。通過緩沖電路解決，但也有損耗，因此漏感和激磁電感降低變換器的效率。3.2高頻變壓器磁芯的選擇?溫升和損耗

在設(shè)計(jì)開關(guān)電源開始時(shí)，根據(jù)輸出功率，輸入輸出電壓和電壓調(diào)節(jié)范圍，環(huán)境條件等因素，設(shè)計(jì)者憑經(jīng)驗(yàn)或參照同類樣機(jī)，給出一個(gè)可能達(dá)到的效率，由此得到總損耗值，在將總損耗分配到各損耗部件，得到變壓器的允許損耗。變壓器損耗使得線圈和磁芯溫度升高，線圈中心靠近磁芯表面溫度最高。變壓器內(nèi)部溫度受磁芯和絕緣材料限制。如果溫升過高，應(yīng)當(dāng)采用較大尺寸的磁芯。如果要求體積較小，應(yīng)當(dāng)采用合金磁芯和高絕緣等級(jí)的絕緣材料。這些材料允許較高溫升，但損耗增加，效率降低。

3.2高頻變壓器磁芯的選擇

（1）磁芯損耗變壓器損耗分為磁芯損耗和線圈損耗，很難精確估計(jì)。磁芯損耗包括磁滯損耗和渦流損耗。線圈損耗包括直流損耗和高頻損耗。引起變壓器溫升的主要是穩(wěn)態(tài)損耗，而不是瞬態(tài)損耗。一般在200~300kHz一下，磁滯損耗為主，在更高頻率時(shí)，因?yàn)闇u流損耗隨頻率平方上升，超過磁滯損耗。

（2）線圈損耗低頻線圈損耗是容易計(jì)算的，但高頻時(shí)由于集膚效應(yīng)的存在使得線圈損耗很難精確確定，因?yàn)殚_關(guān)電流矩形波包含高次諧波。

3.2高頻變壓器磁芯的選擇3.2高頻變壓器磁芯的選擇?電路拓?fù)涓鞣N電路拓?fù)溥m用一定的功率范圍，但不是絕對(duì)的。反激電路主用用于功率范圍0~150W,單端正激50~500W，半橋100~1000W，而全橋500W以上。以上范圍不是絕對(duì)，實(shí)際產(chǎn)品中有低壓輸入的1500W。次級(jí)采用全橋或全波，這樣可以實(shí)現(xiàn)雙向磁化。?占空比

根據(jù)輸入輸出電壓調(diào)節(jié)范圍，在輸入電壓最低時(shí)應(yīng)保證輸出最高電壓，及最大占空比。實(shí)際電路中，存在整流二極管壓降，初級(jí)次級(jí)線圈電阻，也影響最大占空比。

3.2高頻變壓器磁芯的選擇?匝數(shù)和匝比變壓器初級(jí)一般電壓較高，其匝數(shù)易于調(diào)整。而次級(jí)一般匝數(shù)較少，工作頻率越高，次級(jí)有可能只有一匝或少于一匝。如果取整，將帶來很大的匝比誤差。?磁芯選擇

（1）材料。（鐵氧體和非晶、超微晶）（2）形狀選擇磁芯形狀應(yīng)保證磁芯窗口盡可能寬，這樣可以加大線圈寬度，減少線圈的層數(shù)，使交流電阻和漏感減少。鐵氧體形狀有罐型、PQ型、EE型，U型，環(huán)型等。

3.2高頻變壓器磁芯的選擇

（3）尺寸磁芯尺寸的選擇常用的方法有3種：第一種是先求出磁芯窗口面積與磁芯有效截面積的乘積AP,根據(jù)AP值，查表找出磁性材料的編號(hào)，稱為AP法。第二種是先求出幾何參數(shù)，查表找出磁芯編號(hào)，再進(jìn)行設(shè)計(jì)，稱為kg法；第三種方法是直接根據(jù)電路拓?fù)?，輸出功率，開關(guān)頻率、磁芯材料和形狀查表得出磁芯型號(hào)，為查表法。常用的是AP法——面積乘積法。實(shí)際應(yīng)用通常使用的經(jīng)驗(yàn)公式為：

第4章軟開關(guān)技術(shù)

4.1軟開關(guān)的基本概念

4.2軟開關(guān)電路的分類

4.3典型的軟開關(guān)電路

4.4軟開關(guān)技術(shù)新進(jìn)展

本章小結(jié)引言■現(xiàn)代電力電子裝置的發(fā)展趨勢(shì)是小型化、輕量化，同時(shí)對(duì)裝置的效率和電磁兼容性也提出了更高的要求?！鲭娏﹄娮与娐返母哳l化

◆可以減小濾波器、變壓器的體積和重量，電力電子裝置小型化、輕量化。

◆開關(guān)損耗增加，電路效率嚴(yán)重下降，電磁干擾增大?！鲕涢_關(guān)技術(shù)

◆降低開關(guān)損耗和開關(guān)噪聲。

◆使開關(guān)頻率可以大幅度提高。4.1軟開關(guān)的基本概念

4.1.1硬開關(guān)與軟開關(guān)

4.1.2零電壓開關(guān)與零電流開關(guān)8.1.1硬開關(guān)與軟開關(guān)■硬開關(guān)

◆開關(guān)過程中電壓、電流均不為零，出現(xiàn)了重疊，有顯著的開關(guān)損耗。

◆電壓和電流變化的速度很快，波形出現(xiàn)了明顯的過沖，從而產(chǎn)生了開關(guān)噪聲。

◆開關(guān)損耗與開關(guān)頻率之間呈線性關(guān)系，因此當(dāng)硬電路的工作頻率不太高時(shí)，開關(guān)損耗占總損耗的比例并不大，但隨著開關(guān)頻率的提高，開關(guān)損耗就越來越顯著。

8.1.1硬開關(guān)與軟開關(guān)■軟開關(guān)◆通過在硬開關(guān)電路中增加很小的電感Lr和電容Cr等諧振元件，構(gòu)成輔助換流網(wǎng)絡(luò)，在開關(guān)過程前后引入諧振，使開關(guān)開通前電壓先降到零，關(guān)斷前電流先降到零，消除了開關(guān)過程中電壓、電流的重疊，從而大大減小甚至消除開關(guān)損耗，同時(shí)，諧振過程限值了開關(guān)過程中電壓和電流的變化率，這使得開關(guān)噪聲也顯著減小，這樣的電路稱為軟開關(guān)電路，具有這樣開關(guān)過程的開關(guān)稱為軟開關(guān)。

圖4-1硬開關(guān)降壓型電路及波形a）電路圖b）理想化波形

t0uiP0uituuiiP00圖4-2硬開關(guān)過程中的電壓和電流a）開通過程b)關(guān)斷過程8.1.2零電壓開關(guān)與零電流開關(guān)■零電壓開通

◆開關(guān)開通前其兩端電壓為零，則開通時(shí)不會(huì)產(chǎn)生損耗和噪聲,這種開通方式稱為零電壓開通，簡(jiǎn)稱零電壓開關(guān)?！隽汶娏麝P(guān)斷

◆開關(guān)關(guān)斷前其電流為零，則關(guān)斷時(shí)不會(huì)產(chǎn)生損耗和噪聲，這種開通方式稱為零電流關(guān)斷，簡(jiǎn)稱零電流開關(guān)。零電壓開通和零電流關(guān)斷都要靠電路中的諧振來實(shí)現(xiàn)?！鲈诤芏嗲闆r下，不再指出開通或關(guān)斷，僅稱零電壓開關(guān)和零電流開關(guān)。

4.2軟開關(guān)電路的分類

軟開關(guān)技術(shù)問世以來，經(jīng)歷了不斷地發(fā)展和完善，前后出現(xiàn)了許多軟開關(guān)電路，直到目前為止，新型的軟開關(guān)拓?fù)淙圆粩喑霈F(xiàn)。■軟開關(guān)電路的分類

◆根據(jù)電路中主要的開關(guān)元件是零電壓開通還是零電流關(guān)斷，可以將軟開關(guān)電路分成零電壓電路和零電流電路兩大類。

◆根據(jù)軟開關(guān)技術(shù)發(fā)展的歷程可以將軟開關(guān)電路分成準(zhǔn)諧振電路、零開關(guān)PWM電路和零轉(zhuǎn)換PWM電路。

4.2軟開關(guān)電路的分類圖4-5準(zhǔn)諧振電路a）零電壓開關(guān)準(zhǔn)諧振電路b）零電流開關(guān)準(zhǔn)諧振電路c）零電壓開關(guān)多諧振電路

■準(zhǔn)諧振電路

◆分類

?零電壓開關(guān)準(zhǔn)諧振電路（Zero-Voltage-SwitchingQuasi-ResonantConverter—ZVSQRC）

?零電流開關(guān)準(zhǔn)諧振電路（Zero-Current-SwitchingQuasi-ResonantConverter—ZCSQRC）

?零電壓開關(guān)多諧振電路（Zero-Voltage-SwitchingMulti-ResonantConverter—ZVSMRC）

?用于逆變器的諧振直流環(huán)節(jié)（ResonantDCLink）

4.2軟開關(guān)電路的分類◆準(zhǔn)諧振電路中電壓或電流的波形為正弦半波，因此稱之為準(zhǔn)諧振。

◆開關(guān)損耗和開關(guān)噪聲都大大下降，也有一些負(fù)面問題

?諧振電壓峰值很高，要求器件耐壓必須提高。

?諧振電流的有效值很大，電路中存在大量的無功功率的交換，造成電路導(dǎo)通損耗加大。

?諧振周期隨輸入電壓、負(fù)載變化而改變，因此電路只能采用脈沖頻率調(diào)制（PulseFrequencyModulation—PFM）方式來控制，變頻的開關(guān)頻率給電路設(shè)計(jì)帶來困難。

4.2軟開關(guān)電路的分類圖4-6零開關(guān)PWM電路a）零電壓開關(guān)PWM電路b）零電流開關(guān)PWM電路

■零開關(guān)PWM電路

◆電路中引入了輔助開關(guān)來控制諧振的開始時(shí)刻，使諧振僅發(fā)生于開關(guān)過程前后。

◆分類

?零電壓開關(guān)PWM電路（Zero-Voltage-SwitchingPWMConverter—ZVSPWM）

?零電流開關(guān)PWM電路（Zero-Current-SwitchingPWMConverter—ZCSPWM）

◆同準(zhǔn)諧振電路相比，這類電路有很多明顯的優(yōu)勢(shì)：電壓和電流基本上是方波，只是上升沿和下降沿較緩，開關(guān)承受的電壓明顯降低，電路可以采用開關(guān)頻率固定的PWM控制方式。

4.2軟開關(guān)電路的分類圖4-7零轉(zhuǎn)換PWM電路的基本開關(guān)單元a）零電壓轉(zhuǎn)換PWM電路的基本開關(guān)單元b）零電流轉(zhuǎn)換PWM電路的基本開關(guān)單元■零轉(zhuǎn)換PWM電路

◆電路中采用輔助開關(guān)控制諧振的開始時(shí)刻，所不同的是，諧振電路是與主開關(guān)并聯(lián)的，因此輸入電壓和負(fù)載電流對(duì)電路的諧振過程的影響很小，電路在很寬的輸入電壓范圍內(nèi)和從零負(fù)載到滿載都能工作在軟開關(guān)狀態(tài)，而且電路中無功功率的交換被削減到最小，這使得電路效率有了進(jìn)一步提高。

◆分類

?零電壓轉(zhuǎn)換PWM電路（Zero-Voltage-TransitionPWMConverter—ZVTPWM）

?零電流轉(zhuǎn)換PWM電路（Zero-CurrentTransitionPWMConverter—ZVTPWM）

4.3典型的軟開關(guān)電路

4.3.1零電壓開關(guān)準(zhǔn)諧振電路

4.3.2諧振直流環(huán)

4.3.3移相全橋型零電壓開關(guān)PWM電路

4.3.4零電壓轉(zhuǎn)換PWM電路8.3.1零電壓開關(guān)準(zhǔn)諧振電路圖4-8零電壓開關(guān)準(zhǔn)諧振電路原理圖■零電壓開關(guān)準(zhǔn)諧振電路

◆假設(shè)電感L和電容C很大，可以等效為電流源和電壓源，并忽略電路中的損耗。

◆開關(guān)電路的工作過程是按開關(guān)周期重復(fù)的，在分析時(shí)可以選擇開關(guān)周期中任意時(shí)刻為分析的起點(diǎn)，選擇合適的起點(diǎn)，可以使分析得到簡(jiǎn)化。

8.3.1零電壓開關(guān)準(zhǔn)諧振電路SS(uCr)iSiLruVDt0t1t2t3t4t6t0tttttt5OOOOOu圖4-9零電壓開關(guān)準(zhǔn)諧振電路的理想化波形

圖4-10零電壓開關(guān)準(zhǔn)諧振電路在t0~t1時(shí)段等效電路圖4-8零電壓開關(guān)準(zhǔn)諧振電路原理圖◆工作過程

?選擇開關(guān)S的關(guān)斷時(shí)刻為分析的起點(diǎn)。

?t0~t1時(shí)段：t0之前，S導(dǎo)通，VD為斷態(tài)，uCr=0，iLr=IL，t0時(shí)刻S關(guān)斷，Cr使S關(guān)斷后電壓上升減緩，因此S的關(guān)斷損耗減小，S關(guān)斷后，VD尚未導(dǎo)通，電路可以等效為圖8-10；Lr+L向Cr充電，L等效為電流源，uCr線性上升，同時(shí)VD兩端電壓uVD逐漸下降，直到t1時(shí)刻，uVD=0，VD導(dǎo)通，這一時(shí)段uCr的上升率為

(8-1)8.3.1零電壓開關(guān)準(zhǔn)諧振電路圖4-8零電壓開關(guān)準(zhǔn)諧振電路原理圖SS(uCr)iSiLruVDt0t1t2t3t4t6t0tttttt5OOOOOu圖4-9零電壓開關(guān)準(zhǔn)諧振電路的理想化波形

圖4-11零電壓開關(guān)準(zhǔn)諧振電路在t1~t2時(shí)段等效電路?t1~t2時(shí)段：t1時(shí)刻VD導(dǎo)通，L通過VD續(xù)流，Cr、Lr、Ui形成諧振回路，如圖8-11所示；諧振過程中，Lr對(duì)Cr充電，uCr不斷上升，iLr不斷下降，直到t2時(shí)刻，iLr下降到零，uCr達(dá)到諧振峰值。?t2~t3時(shí)段：t2時(shí)刻后，Cr向Lr放電，iLr改變方向，uCr不斷下降，直到t3時(shí)刻，uCr=Ui，這時(shí)，uLr=0，iLr達(dá)到反向諧振峰值。?t3~t4時(shí)段：t3時(shí)刻以后，Lr向Cr反向充電，uCr繼續(xù)下降，直到t4時(shí)刻uCr=0。8.3.1零電壓開關(guān)準(zhǔn)諧振電路圖4-8零電壓開關(guān)準(zhǔn)諧振電路原理圖SS(uCr)iSiLruVDt0t1t2t3t4t6t0tttttt5OOOOOu圖4-9零電壓開關(guān)準(zhǔn)諧振電路的理想化波形

?t1到t4時(shí)段電路諧振過程的方程為

(8-2)?t4~t5時(shí)段：uCr被箝位于零，uLr=Ui，iLr線性衰減，直到t5時(shí)刻，iLr=0。由于這一時(shí)段S兩端電壓為零，所以必須在這一時(shí)段使開關(guān)S開通，才不會(huì)產(chǎn)生開通損耗。

?t5~t6時(shí)段：S為通態(tài)，iLr線性上升，直到t6時(shí)刻，iLr=IL，VD關(guān)斷。?t4到t6時(shí)段電流iLr的變化率為

?t6~t0時(shí)段：S為通態(tài)，VD為斷態(tài)。

(8-3)8.3.1零電壓開關(guān)準(zhǔn)諧振電路◆諧振過程是軟開關(guān)電路工作過程中最重要的部分，諧振過程中的基本數(shù)量關(guān)系為

?uCr（即開關(guān)S的電壓uS）的表達(dá)式

?[t1,t4]上的最大值即uCr的諧振峰值，就是開關(guān)S承受的峰值電壓，表達(dá)式為

?零電壓開關(guān)準(zhǔn)諧振電路實(shí)現(xiàn)軟開關(guān)的條件

如果正弦項(xiàng)的幅值小于Ui，uCr就不可能諧振到零，S也就不可能實(shí)現(xiàn)零電壓開通。

◆零電壓開關(guān)準(zhǔn)諧振電路的缺點(diǎn)：諧振電壓峰值將高于輸入電壓Ui的2倍，開關(guān)S的耐壓必須相應(yīng)提高，這增加了電路的成本，降低了可靠性。

4.3.2諧振直流環(huán)圖4-12諧振直流環(huán)電路原理圖圖4-13諧振直流環(huán)電路的等效電路■諧振直流環(huán)

◆應(yīng)用于交流-直流-交流變換電路的中間直流環(huán)節(jié)（DC-Link），通過在直流環(huán)節(jié)中引入諧振，使電路中的整流或逆變環(huán)節(jié)工作在軟開關(guān)的條件下?！魣D8-12中，輔助開關(guān)S使逆變橋中所有的開關(guān)工作在零電壓開通的條件下，實(shí)際電路中開關(guān)S可以不需要，S的開關(guān)動(dòng)作用逆變電路中開關(guān)的直通與關(guān)斷來代替?！綦妷盒湍孀兤鞯呢?fù)載通常為感性，而且在諧振過程中逆變電路的開關(guān)狀態(tài)是不變的，負(fù)載電流視為常量。

4.3.2諧振直流環(huán)圖4-13諧振直流環(huán)電路的等效電路t0t1t2t3t4t0iLruCrUinILttOO圖4-14諧振直流環(huán)電路的理想化波形◆工作過程

?以開關(guān)S關(guān)斷時(shí)刻為起點(diǎn)。?t0~t1時(shí)段：t0之前，iLr大于IL，S導(dǎo)通，t0時(shí)刻S關(guān)斷，電路中發(fā)生諧振，因?yàn)閕Lr>IL，因此iLr對(duì)Cr充電，uCr不斷升高，直到t1時(shí)刻，uCr=Ui。

?t1~t2時(shí)段：t1時(shí)刻由于uCr=Ui，ULr=0，因此諧振電流iLr達(dá)到峰值，t1以后，iLr繼續(xù)向Cr充電并不斷減小，而uCr進(jìn)一步升高，直到t2時(shí)刻iLr=IL，uCr達(dá)到諧振峰值。

4.3.2諧振直流環(huán)?t2~t3時(shí)段：t2以后，uCr向Lr和IL放電，iLr繼續(xù)降低，到零后反向，Cr繼續(xù)向Lr放電，iLr反向增加，直到t3時(shí)刻uCr=Ui。

?t3~t4時(shí)段：t3時(shí)刻，uCr=Ui，iLr達(dá)到反向諧振峰值，然后iLr開始衰減，uCr繼續(xù)下降，直到t4時(shí)刻，uCr=0，VDS導(dǎo)通，uCr被箝位于零。

?t4~t0時(shí)段：S導(dǎo)通，電流iLr線性上升，直到t0時(shí)刻，S再次關(guān)斷?！糁C振直流環(huán)電路中電壓uCr的諧振峰值很高，增加了對(duì)開關(guān)器件耐壓的要求。圖4-13諧振直流環(huán)電路的等效電路t0t1t2t3t4t0iLruCrUinILttOO圖4-14諧振直流環(huán)電路的理想化波形4.3.3移相全橋型零電壓開關(guān)PWM電路圖4-15移相全橋零電壓開關(guān)PWM電路

■移相全橋型零電壓開關(guān)PWM電路

◆電路簡(jiǎn)單，僅僅增加了一個(gè)諧振電感，就使電路中四個(gè)開關(guān)器件都在零電壓的條件下開通。

◆控制方式的特點(diǎn)

?在一個(gè)開關(guān)周期TS內(nèi)，每一個(gè)開關(guān)導(dǎo)通的時(shí)間都略小于TS/2，而關(guān)斷的時(shí)間都略大于TS/2。

?同一個(gè)半橋中上下兩個(gè)開關(guān)不同時(shí)處于通態(tài)，每一個(gè)開關(guān)關(guān)斷到另一個(gè)開關(guān)開通都要經(jīng)過一定的死區(qū)時(shí)間。

?互為對(duì)角的兩對(duì)開關(guān)S1-S4和S2-S3，S1的波形比S4超前0~TS/2時(shí)間，而S2的波形比S3超前0~TS/2時(shí)間，因此稱S1和S2為超前的橋臂，而稱S3和S4為滯后的橋臂。4.3.3移相全橋型零電壓開關(guān)PWM電路圖8-16移相全橋電路的理想化波形圖8-17移相全橋電路在t1~t2階段的等效電路圖◆工作過程

?t0~t1時(shí)段：S1與S4都導(dǎo)通，直到t1時(shí)刻S1關(guān)斷。

?t1~t2時(shí)段：t1時(shí)刻S1關(guān)斷后，C1、C2與Lr、L構(gòu)成諧振回路，如圖8-17所示，諧振開始時(shí)uA(t1)=Ui，在諧振過程中，uA不斷下降，直到uA=0，VDS2導(dǎo)通，iLr通過VDS2續(xù)流。

4.3.3移相全橋型零電壓開關(guān)PWM電路圖4-16移相全橋電路的理想化波形圖4-18移相全橋電路在t3~t4階段的等效電路

?t2~t3時(shí)段：t2時(shí)刻S2開通，由于VDS2導(dǎo)通，因此S2開通時(shí)電壓為零，開通過程中不會(huì)產(chǎn)生開關(guān)損耗，S2開通后，電路狀態(tài)也不會(huì)改變，繼續(xù)保持到t3時(shí)刻S4關(guān)斷。?t3~t4時(shí)段：t4時(shí)刻開關(guān)S4關(guān)斷后，電路的狀態(tài)變?yōu)閳D8-18所示，這時(shí)C3、C4與Lr構(gòu)成諧振回路，諧振過程中iLr不斷減小，B點(diǎn)電壓不斷上升，直到VDS3導(dǎo)通；這種狀態(tài)維持到t4時(shí)刻S3開通，S3開通時(shí)VDS3導(dǎo)通，因此S3是在零電壓的條件下開通，開通損耗為零。

4.3.3移相全橋型零電壓開關(guān)PWM電路圖4-16移相全橋電路的理想化波形圖4-15移相全橋零電壓開關(guān)PWM電路

?t4~t5時(shí)段：S3開通后，iLr繼續(xù)減小，下降到零后反向，再不斷增大，直到t5時(shí)刻iLr=IL/kT，iVD1下降到零而關(guān)斷，電流IL全部轉(zhuǎn)移到VD2中。

?t0~t5時(shí)段正好是開關(guān)周期的一半，而在另一半開關(guān)周期t5~t0時(shí)段中，電路的工作的過程與t0~t5時(shí)段完全對(duì)稱。

4.3.4零電壓轉(zhuǎn)換PWM電路圖4-19升壓型零電壓轉(zhuǎn)換PWM電路的原理圖■零電壓轉(zhuǎn)換PWM電路

◆具有電路簡(jiǎn)單、效率高等優(yōu)點(diǎn)，廣泛用于功率因數(shù)校正電路（PFC）、DC-DC變換器、斬波器等。

◆以升壓電路為例，在分析中假設(shè)電感L、電容C很大，可以忽略電流和輸出電壓的波動(dòng)，在分析中還忽略元件與線路中的損耗。

◆在零電壓轉(zhuǎn)換PWM電路中，輔助開關(guān)S1超前于主開關(guān)S開通，而S開通后S1就關(guān)斷了，主要的諧振過程都集中在S開通前后。

4.3.4零電壓轉(zhuǎn)換PWM電路SS1uSiLriS1uS1iDiSILt0t1t2t3t4t5ttttttttOOOOOOOO圖4-20升壓型零電壓轉(zhuǎn)換PWM電路的理想化波形

圖4-21升壓型零電壓轉(zhuǎn)換PWM電路在t1~t2時(shí)段的等效電路圖4-19升壓型零電壓轉(zhuǎn)換PWM電路的原理圖

◆工作過程

?t0~t1時(shí)段：輔助開關(guān)先于主開關(guān)開通，由于此時(shí)VD尚處于通態(tài)，所以u(píng)Lr=Uo，iLr按線性迅速增長，iVD以同樣的速率下降，直到t1時(shí)刻，iLr=IL，iVD下降到零，二極管自然關(guān)斷。

?t1~t2時(shí)段：此時(shí)電路可以等效為圖8-21，Lr與Cr構(gòu)成諧振回路，由于L很大，諧振過程中其電流基本不變，對(duì)諧振影響很小，可以忽略；諧振過程中iLr增加而uCr下降，t2時(shí)刻uCr降到零，VDS導(dǎo)通，uCr被箝位于零，而iLr保持不變。4.3.4零電壓轉(zhuǎn)換PWM電路SS1uSiLriS1uS1iDiSILt0t1t2t3t4t5ttttttttOOOOOOOO圖4-19升壓型零電壓轉(zhuǎn)換PWM電路的原理圖圖4-20升壓型零電壓轉(zhuǎn)換PWM電路的理想化波形

?t2~t3時(shí)段：uCr被箝位于零，而iLr保持不變，這種狀態(tài)一直保持到t3時(shí)刻S開通、S1關(guān)斷。

?t3~t4時(shí)段：t3時(shí)刻S開通時(shí)，uS為零，因此沒有開關(guān)損耗，S開通的同時(shí)S1關(guān)斷，Lr中的能量通過VD1向負(fù)載側(cè)輸送，uLr下降，而iS線性上升，到t4時(shí)刻iLr=0，VD1關(guān)斷，iS=IL，電路進(jìn)入正常導(dǎo)通狀態(tài)。

?t4~t5時(shí)段：t5時(shí)刻S關(guān)斷，由于Cr的存在，S關(guān)斷時(shí)的電壓上升率受到限制，降低了S的關(guān)斷損耗。4.4軟開關(guān)技術(shù)新進(jìn)展■軟開關(guān)技術(shù)出現(xiàn)了以下幾個(gè)重要的發(fā)展趨勢(shì)

◆新的軟開關(guān)電路拓?fù)涞臄?shù)量仍在不斷增加，軟開關(guān)技術(shù)的應(yīng)用也越來越普遍。

◆在開關(guān)頻率接近甚至超過1MHz、對(duì)效率要求又很高的場(chǎng)合，曾經(jīng)被遺忘的諧振電路又重新得到應(yīng)用，并且表現(xiàn)出很好的性能。

◆采用幾個(gè)簡(jiǎn)單、高效的開關(guān)電路，通過級(jí)聯(lián)、并聯(lián)和串聯(lián)構(gòu)成組合電路，替代原來的單一電路成為一種趨勢(shì)，在不少應(yīng)用場(chǎng)合，組合電路的性能比單一電路顯著提高。本章小結(jié)■本章的重點(diǎn)為：

◆軟開關(guān)技術(shù)通過在電路中引入諧振改善了開關(guān)的開關(guān)條件，大大降低了硬開關(guān)電路存在的開關(guān)損耗和開關(guān)噪聲問題?！糗涢_關(guān)技術(shù)總的來說可以分為零電壓和零電流兩類；按照其出現(xiàn)的先后，可以將其分為準(zhǔn)諧振、零開關(guān)PWM和零轉(zhuǎn)換PWM三大類；每一類都包含基本拓?fù)浜捅姸嗟呐缮負(fù)洹！袅汶妷洪_關(guān)準(zhǔn)諧振電路、零電壓開關(guān)PWM電路和零電壓轉(zhuǎn)換PWM電路分別是三類軟開關(guān)電路的代表；諧振直流環(huán)電路是軟開關(guān)技術(shù)在逆變電路中的典型應(yīng)用。第5章有源功率因數(shù)校正技術(shù)5.1概述

5.2功率因數(shù)校正的分類及特點(diǎn)

5.3

有源功率因數(shù)校正的工作原理近年來，開關(guān)電源因效率高，成本低，而在各個(gè)領(lǐng)域獲得了廣泛的應(yīng)用。但是采用傳統(tǒng)的非控整流開關(guān)電源，由于輸入阻