[发明专利]准谐振推挽变换器及其控制方法

说明书

技术领域

本发明涉及电力电子技术领域，更具体地，涉及准谐振推挽变换器及其控制方法。

背景技术

目前，电力电子技术的发展对电子产品提出了小型化、轻量化的要求，同时也对效率和电磁兼容性提出了更高的要求。在电力电子装置中，滤波电感、电容和变压器在体积和重量上占很大比例，采取有效措施减小这些元器件的体积和重量是小型化、轻量化的主要途径。提高开关频率可以相应的提高滤波器的截止频率，从而选用较小的电感和电容，降低滤波器的体积和重量。提高开关频率同样可以降低变压器的体积和重量。

但是，提高开关频率的同时，开关损耗增大，感性关断、容性开通、二极管反向恢复等问题将加剧，导致电路效率下降，电磁干扰增大。针对这些问题出现了软开关技术，它可以解决变换器中的开关损耗问题，同时也能解决由硬开关引起的电磁干扰EMI(Electro Magnetic Interference)问题。软开关技术通常是指零电压开关ZVS(Zero Voltage Switch)和零电流开关ZCS(Zero Current Switch)，或者近似的零电压开关与零电流开关。

DC-DC变换器的软开关变换器包括：谐振变换器(Resonant Converter)，准谐振变换器(Quasi Resonant Converter)，多谐振变换器(Multiple Resonant Converter)，零开关PWM变换器(Zero Switching PWM Converter)以及零转换PWM变换器(Zero Transition PWMConverter)等多种软开关技术。

谐振变换器实际上是直流开关电源负载谐振变换器，通过在标准PWM变换器结构上简单地附加谐振元件的方法而得到。按照谐振元件的谐振方式，可分为串联谐振变换器和并联谐振变换器两类；按负载与谐振电路的连接关系，又可分为串联负载谐振变换器和并联负载谐振变换器。其工作原理主要是通过谐振元件与负载的谐振，使经过开关元件的电流或电压被整形为正弦波形，开关元件在电流或电压的过零处开通或关断，实现软开关过程。

准谐振变换器(Quasi Resonant Converter)，因其电路工作在谐振的时间只占一个开关周期中的一部分，故称为准谐振。准谐振变换器通过谐振使开关器件上的电流或电压按准正弦规律变化，从而产生零电流或零电压开关条件，极大地减小了变换器的开关损耗和开关噪声。

多谐振变换器(Multiple Resonant Converter)，由于电路中谐振拓扑和参数不止一个，故称为多谐振。其一般能实现开关管的零电压开关，但还是只能采用频率控制方法。实际常常用零电压多谐振变换器，主要是因为它吸收了开关管和整流二极管的结电容，同时实现了开关管和整流二极管零电压开关。

零开关PWM变换器包括零电压PWM变换器和零电流PWM变换器，它们是在准谐振软开关的基础上，加入一个辅助开关管，来控制谐振元件的谐振过程，实现PWM控制。只利用谐振实现换相，换相完毕后仍采用PWM工作方式，从而既能克服硬开关PWM在开关过程中的缺陷，又能保留硬开关PWM变换器的低稳态损耗和低稳态应力的优点。

零转换PWM变换器包括ZVS-PWM变换器和ZCS-PWM变换器。这种类型的变换器，将准谐振变换器和常规的PWM变换器相结合，通过附加的辅助有源开关阻断谐振过程，使电路在一周期内，一部分时间按ZCS或ZVS准谐振方式运行，另一部分时间按PWM方式运行，既具有软开关的特点，又具有PWM恒频占空比调节的特点。

在ZVS-PWM变换器和ZCS-PWM变换器中，谐振电感串联在主功率回路中，因此电路中总是存在着很大的环流能量，这不可避免地增加了电路的导通损耗。另外，电感储能与输入电压和输出负载有很大关系，这使得电路的软开关条件极大地依赖于输入电源和输出负载的变化。

对软开关技术的广泛应用，使电力电子变换器的设计出现了革命性的变化。软开关技术的应用使电力电子变换器可以具有更高的效率-自身损耗大大降低，更高的功率密度-自身体积、重量大大减小，以及更高的可靠性；并可有效地减小电能变换装置引起的电磁污染和环境污染，为大力发展绿色电力电子产品提供了有效的方式和方法。

发明内容