5.3-zvs准谐振buck-boost

零电压开关准谐振变换器——Buck&Boost变换器1参考文献[1]SIOMNANG,ALEJANDROOLIVA.开关功率变换器——开关电源的原理、仿真和设计，机械工业出版社3.7零电压开关准谐振Buck变换器23.8零电压开关准谐振Boost变换器零电压开关准谐振Buck变换器——工作原理3电路的构成零电压开关准谐振Buck变换器——工作原理4假定：1、输出电感：L0﹥﹥Lr（谐振电感）；2、输出滤波器L0-C0转折频率：fc﹤﹤fs（开关频率）L0-C0与负载电阻RL可视为恒定电流源：I03、开关器件为理想开关：导通无压降，关断无漏电流，且开通关断均无延时；4、谐振电感、电容为无损、没有寄生参数的理想元件。开关管QS关断前：谐振电感Lr中流过负载电流I0谐振电容vCr（t≤0）被D1钳位到0Dfw关断5阶段1（0＜t≤t1）零电压开关准谐振Buck变换器——工作原理0时刻，QS关断，阶段1开始：谐振Cr开始被充电阶段1结束时，流过谐振电容的电流为：S0r1VICT6阶段1持续时间：rS10CVTI零电压开关准谐振Buck变换器——工作原理①谐振电容充电②谐振电容中存储电能的增加③QS、Dfw都保持关断状态7阶段2（t1＜t≤t2）零电压开关准谐振Buck变换器——工作原理t1时刻，Cr上电压被充到VS，阶段2开始：Dfw开通，Lr上电流正弦下降8谐振电感电流：rrr(())LSCdiVvtdtL零电压开关准谐振Buck变换器——工作原理谐振电容电压：rrr()CLdvitdtCr1S()CvtVr10()LitIr0n()cosLitIt特征阻抗：nrr/ZLC谐振频率：nrr1/LCrn0n()sinCSvtVZIt零电压开关准谐振Buck变换器——工作原理910谐振阶段持续时间：T2=t2–t1，令vCr(T2)=0零电压开关准谐振Buck变换器——工作原理r2n0n2()sin()0CSvTVZITα∈（3π/2，2π）t2时刻，Cr完全把能量回馈给输入源后，阶段2结束阶段2持续时间：Sn02nnarcsin(/)VZITCr上电压为“负”时，开通QS零电压开通条件：I0VS/Zn11阶段3（t2＜t≤t3）零电压开关准谐振Buck变换器——工作原理t2时刻，谐振电容电压从负峰值下降到0，阶段3开始谐振电感电流继续增加稳态输出电流I012谐振电感电流：rSrLdiVdtLr0332S(1cos)LITttVr20()cosLitI零电压开关准谐振Buck变换器——工作原理13阶段4（t3＜t≤TS）零电压开关准谐振Buck变换器——工作原理t3时刻，谐振电感电流I0时，阶段4开始Dfw关断阶段4持续时间：4S321TTTTT14全波ZVS准谐振Buck变换器：电压传输比计算anSnSa()()0VTTTVVaSSn(1)VfVf谐振阶段：Tn≈t3–t1，平均电压：–Va剩余时间：TS-Tn，平均电压：VS–Va零电压开关准谐振Buck变换器——工作原理输出电感L0伏秒平衡全波ZCS准谐振Buck变换器：零电压开关准谐振Buck变换器——例题1例下图所示的ZVS准谐振Buck变换器，输入电压为12V，负载电阻为2Ω。谐振电感Lr和谐振电容Cr的值分别为2μH和79nF。开关频率为200kHz。输出电感和输出电容分别为10mH和100uF。求解：(1)平均输出电压Va；(2)谐振电容被充电的时间；(3)谐振电容上峰值电压；(4)谐振电感电流的表达式。15r,maxSn06arS9r6210(12)V=27.1V27910CVLVRCVVZI109S791012=0.316μs3rCVTIan33SS20010(1)12V=6V400(1)10fVVf解：（1）平均输出电压为：a06A=3A2VIR（2）平均输出电流为：谐振电容被充电的时间为：（3）谐振电容的峰值电压为：（4）谐振电感上电流的表达式为：r6rnr03cos()=3cos(2.5161cos0())ALttLCiIt零电压开关准谐振Boost变换器——工作原理17电路的构成：全波ZVS准谐振Boost变换器电路图零电压开关准谐振Boost变换器——工作原理18假定：1、Boost变换器输入可视为恒定电流源：IS，提供能量给负载电压Va；2、开关器件为理想开关：导通无压降，关断无漏电流，且开通关断均无延时；3、谐振电感、电容为无损、没有寄生参数的理想元件。开关管QS关断前：流过输入电流IS续流二极管Dfw处于关断状态19阶段1（0＜t≤t1）rrSCdvCIdt这个阶段持续时间：ra1SCVTI零电压开关准谐振Boost变换器——工作原理①谐振电容充电并存储电能②QS和Dfw处于关断状态0时刻，开关管QS关断，阶段1开始谐振电容Cr被充电20阶段2（t1＜t≤t2）零电压开关准谐振Boost变换器——工作原理T1时刻，Cr上电压被充到输出电压Va，阶段2开始Dfw导通，电流开始流过谐振电感Cr上电压被充到Va后，继续上升21谐振电感电流：rrar()LCdivtVdtL谐振电容电压：rrSr(())CLdvIitdtCr1a()CvtVr1()0LitrSn()(1cos)LitIt谐振频率：nrr1/LCraSnn()sinCvtVIZt特征阻抗：nrr/ZLC零电压开关准谐振Boost变换器——工作原理22谐振电容电压继续谐振到负半周：回馈能量输入源23谐振阶段持续时间：T2=t2–t1，令vCr(T2)=0零电压开关准谐振Boost变换器——工作原理r2aSnn2()sin0CvTVIZT阶段2持续时间：aSa2nnarcsin(/())VIZT全波模式：α∈（3π/2，2π）当Cr存储的能量全部回馈到输入源后，谐振阶段结束Cr电压为负时，开通QS，否则继续充电，失去零电压开通条件24零电压开关准谐振Boost变换器——工作原理t2时刻，谐振电感电流为：r2S()(1cos)LitI为保证零电压关断条件：San/IVZ25阶段3（t2＜t≤t3）零电压开关准谐振Boost变换器——工作原理t2时刻，Cr电压从负峰值降到0，阶段3开始开关管QS开通，Dfw开通，Lr电流继续减小26谐振电感电流：rarLdiVdtLrS3a(1cos)LITVr2S()(1cos)LitI零电压开关准谐振Boost变换器——工作原理27阶段4（t3＜t≤TS）零电压开关准谐振Boost变换器——工作原理t3时刻，谐振电感电流下降0，阶段4开始Dfw反向偏置，关断阶段4持续时间：4S321TTTTT28全波ZVS准谐振Boost变换器：电压传输比计算SanSSn()()0VVTVTTanSSVfVf谐振阶段：Tn≈t3–t1，平均电压：VS–Va剩余时间：TS-Tn，平均电压：VS零电压开关准谐振Boost变换器——工作原理输入电感Li伏秒平衡全波ZVS准谐振Boost变换器：零电压开关准谐振Boost变换器——例题1例下图所示的ZVS准谐振Boost变换器，输入电压为12V，输出电压为24V，负载电阻为6Ω。谐振电感Lr和谐振电容Cr的值分别为2μH和79nF。求解：(1)开关频率fs；(2)谐振电容被充电时间；(3)谐振电感峰值电流；(4)谐振电容峰值电压。29nSSa12400kHz200kHz24VffV901S24(7910)=237ns8rCVTI解：（1）谐振电容频率：fn=400kHza024A=4A6VIR（2）平均输出电流为：假定变换器无损耗，则平均输入电流IS为：00SS244A=8A12VIIU谐振电容被充电的时间为：开关频率为：,maxS[1(1)]8216ArLII（3）谐振电感中峰值电流为：（4）谐振电容峰值电压为：r,marxSr0n(248)V=64.25VCCVILVZ