1、B114類電力諧振變換器劉曉波是一種基于軟開關(guān)技術(shù)的電力電子變換裝置。20世紀80年代以來，隨著高頻開關(guān)器件的誕生，電力電子器件逐漸向高頻化、集成化和模塊化方向發(fā)展。事實證明，提高開關(guān)頻率可以減小器件的尺寸，提高設備的功率密度和可靠性，降低開關(guān)噪聲。在傳統(tǒng)的脈寬調(diào)制變換器中，由于開關(guān)管的硬開關(guān)特性，開關(guān)損耗隨著頻率的增加而急劇增加。諧振變換器可以有效降低開關(guān)損耗，進一步提高開關(guān)頻率。此外，平滑變化的波形和較小的電壓電流變化率也有利于提高系統(tǒng)的電磁兼容性。目前，功率諧振變換器在高頻功率變換領(lǐng)域得到了廣泛的重視和研究。功率諧振變換器的結(jié)構(gòu)和特性功率諧振變換器的結(jié)構(gòu)如圖1所示。在諧振網(wǎng)絡兩端施加交流

2、方波電壓或電流，產(chǎn)生高頻諧振，經(jīng)整流濾波后轉(zhuǎn)換成DC電壓或電流，實現(xiàn)DC-DC轉(zhuǎn)換。如果省略整流濾波環(huán)節(jié)，將諧振電壓或電流直接輸出給負載，則相應的實現(xiàn)DC-交流轉(zhuǎn)換的轉(zhuǎn)換裝置稱為諧振逆變器。諧振變換器中交流方波的輸入源通常是通過開關(guān)逆變器逆變DC電源獲得的。所需的DC電源可通過整流和濾波后從交流電源獲得，也可由電池等恒定電源直接供電。交流輸入源按性質(zhì)可分為電壓源型和電流源型，按極性可分為半波輸入和全波輸入。對于電壓源變換器，其輸入電壓穩(wěn)定性高，動態(tài)響應速度快，易于實現(xiàn)。然而，當上下橋臂短路時，電流的變化率和峰值較大，這使得難以保護。相比之下，電流源變換器的輸入電流紋波小，容易實現(xiàn)短路保護，更適

3、合大電流應用，但也存在關(guān)斷電壓高、效率低等缺點。作為諧振變換器的核心部分，諧振網(wǎng)絡通常由幾個無源電感或電容組成。目前，最常見的有串聯(lián)諧振變換器SRC、并聯(lián)諧振變換器PRC和串并聯(lián)諧振變換器SPRC、整流和濾波。當整流橋與諧振網(wǎng)絡并聯(lián)時，諧振輸出為諧振電壓vac，濾波器主要采用LC低通濾波。由于濾波器電感Lf較大，負載電流中的高頻紋波被有效濾除，因此轉(zhuǎn)換器的輸出部分可視為恒流負載。類似地，當整流橋與諧振網(wǎng)絡串聯(lián)時，諧振輸出是諧振電流iac。由于諧振電感L s本身具有穩(wěn)定電流的功能，濾波器只能采用電容濾波，轉(zhuǎn)換器的輸出端可視為恒壓負載V o、ZVS和ZCS。與脈寬調(diào)制變換器相比，諧振變換器最顯著的

4、特點是能有效實現(xiàn)零電壓和零電流開關(guān)特性(ZVS|零電流開關(guān))。以半橋諧振變換器為例，當諧振網(wǎng)絡的輸入阻抗Zin為電感時，輸入電流iin滯后于輸入電壓vin圖。開關(guān)管S關(guān)斷后，由于電流的連續(xù)性，輸入電流I通過二極管D1續(xù)流，在自然過零點關(guān)斷，實現(xiàn)零電流關(guān)斷ZCS。同時，續(xù)流使開關(guān)管的管電壓被箝位在-07V左右。如果此時有S的驅(qū)動信號，開關(guān)管S將在07V的壓降下導通，從而實現(xiàn)零電壓導通ZVS。類似地，當諧振網(wǎng)絡的輸入阻抗Zin為容性時，輸入電流iin領(lǐng)先于輸入電壓vin。圖6 (b)、控制方式，目前，諧振變換器一般采用變頻控制或移相控制、發(fā)展方向，功率諧振變換器作為功率變換裝置已經(jīng)發(fā)展了很多年，但

5、這種變換技術(shù)還不成熟。然而，它的小開關(guān)損耗和電磁噪聲對現(xiàn)代功率轉(zhuǎn)換仍有吸引力，并且器件的高頻化和小型化趨勢使得諧振變換器在高頻應用領(lǐng)域(50kHz)仍有廣闊的前景。能否用一個通用模型來統(tǒng)一各種拓撲結(jié)構(gòu)將是諧振轉(zhuǎn)換技術(shù)的下一個研究目標。值得注意的是，一些文獻中已經(jīng)出現(xiàn)了一些統(tǒng)一的諧振網(wǎng)絡，如T型網(wǎng)絡和T型網(wǎng)絡。這些網(wǎng)絡可以在一定程度上簡化拓撲結(jié)構(gòu)，為人們提供新的研究方向。在電路分析中，常用的分析方法有穩(wěn)態(tài)交流分析法、小信號模式法、狀態(tài)空間法和狀態(tài)平面法等。然而，這些方法都有一定的局限性，在準確性和適用性上有明顯的差異。因此，有必要尋求新的分析方法來研究諧振變換器的穩(wěn)態(tài)和動態(tài)性能。在現(xiàn)代電力電子系統(tǒng)中，恒頻控制方法能夠簡單有效地控制輸出電壓和抑制高頻諧波，已經(jīng)成為主要的研究方向。除了經(jīng)典的PID控制之外，許多新的控制策略，如模糊控制、最優(yōu)軌跡控制和滑模變結(jié)構(gòu)控制也被應用到諧振控制器的設計中。在實際器件方面：由于諧振變換器的開關(guān)頻率較高，目前開關(guān)管大多采用MOSFETs器件，因此諧振變換器更適合中小功率(從幾十瓦到幾十千瓦)的應用?？梢灶A見，隨著新型功率半導體器件的誕生，諧振變換器的應用將繼續(xù)擴展到高頻大功率的場合。在諧振轉(zhuǎn)換器中，諧振元件主要是分立器件，如電感和電容。諧振