设备环境考试功率变换电路

3.2.1 功率变换电路

功率变换电路是整个高频开关电源的核心部分。功率变换电路将大功率的高压直流转换成低压直流，这个过程显而易见是整流器最根本的任务。衡量功率变换电路的好坏，主要有两点：一是功率转换过程中效率是否高；二是功率变换电路的体积是否小，特别是大功率电路。

功率变换电路的电路：高压直流-高压交流一降压变压器一低压交流一低压直流〃由于变压器体积与工作频率成反比，提高变压器的工作频率就能有效地减小变压器体积。所以功率变换电路又可以描述成：高压直流-高压高频交流一高频降压变压器一低压高频交流一低压直流的过程。

根据功率变换电路输出功率的大小，开关频率的工作范围，以及开关管上所承受的电压、电流的不同，功率变换电路有多种拓扑结构。隔离式DC/DC功率变换器是高频开关整流器的重要部分，本节主要介绍常用的推挽式功率变换电路、全桥式功率变换电路和半桥式功率变换电路。

1.推挽式功率变换电路

推挽式功率变换电路原理电路图如图3-2所示。

推挽式功率变换电路工作原理分析。阁3-2中两只功率开关管F71、吓2由栅极驱动电路以PWM工作方式驱动而交替导通和截止，VT‘、两功率开关管的波形如图3-3（a）所示。在各自导通的半个周期内’输入直流电压E被变换为高频方波交流电压相互交替地施加在高频变压器的两个原边绕组上。当F71被驱动导通时，输入电源电压？通过F7]加到髙频变压

流或电压自然过零时使开关器件关断或开通。准谐振方式也称边缘谐振技术，是在PWM开关上附加谐振网络，利用局部谘振实现ZVS或ZCS.谐振和准谐振方式的特点都足将开关软化，减小器件电和热的应力，使高频化成为可能。但存在需要采用变频控制的缺点，因此控制方式不如PWM控制方便：而且变压器电感等磁性元件按最低频率设计，很难实现小型化：此外由于频率变化，变压器、电感难以进行优化设计，工作状态不理想。

从20世纪80年代后期开始，软开关技术进入到第3个阶段，就是将PWM技术和准谐振技术相结合，使变换器一周期内，一部分时间按ZCS或ZVS准谐振变换器工作，另一部分时间按PWM变换器工作，这样，变换器既有电压过零或电流过零控制的软开关特点，又有PWM恒频调宽的特点。H前这种软开关方式主要有两种：零开关-PWM变换和零转换-PWM变换，这两种技术都是研究的热点，在一定程度上代表了电源功率变换的设高技术之一。芩转换-PWM变换器FI前较多地停留在实验室阶段，零开关-PWM变换则已经在全世界许多电源生产厂家中被广泛应用。

在脉冲宽度调制的DC/DC功半变换电路中，功率开关管是在有电压和电流时开通或关断的，这种开关方式称作硬幵关。功率开关管若在其漏、源极电压为零时导通，而导通电流降至零时才关断，这种开关方式称作软开关，软开关工作过程中的开关损耗是很小的。软开关可分为零电压开关（ZVS）和零电流开关（ZCS）。零电压开关（ZVS）和零电流开关（ZCS）原理模型如图3-8所示。

图3-8（a）所示为零电流关断原理模型，当F7导通时，电感L和电容C组成并联谐振M络，网络中电容C的电场能揪1/（2CV2）与电感的磁场能量言1/（2LI2），按正弦电流方式相互交换而形成电路谐振，当正弦谐振电流经过零点时，用外电路同步触发方法使F7关断，由此实现零电流关断（ZCS）。

阁3-8（b）所示为零电压开通原理模型，当关断时，电容C与电感Z?由外电路构成串联谐振回路，谐振电容C两端的电压按正弦规律变化，当电容C两端电压经过零点时，由外电路同步触发使FT开通，从而实现零电压开通（ZVS）。

由上述ZVS和ZCS原理图及其工作过程可以看出，开关电路中电容和电感产生谐振是实现零电压开通和零电流关断的必要条件。当谐振电容两端电压为零时功宇开关讶开通、谐振电感中电流为零时功率开关管关断则是完成软开关的最佳时机。

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