多谐振转换器

时间:2008-10-07

  在QRC电路中,谐振参数只有两个,即谐振电感和谐振电容,实现串联谐振或并联谐振,运行时只有一种谐振频率。也可以像串/并联谐振桥式转换器一样,准谐振转换器中也可以用两个以上的谐振元件,实现多个谐振频率的准谐振转换器,称为多谐振转换器(Multi-Resonant Converter,MRC)。它利用变压器漏感,开关管的结电容和二极管结电容作为谐振元件,和主开关适当结合,组成多谐振开关。如果用多谐振开关代替某一个PWM开关转换器中的PWM开关,就可以得到相应电路的多谐振转换器,这种转换器也有零电流开关和零电压开关两种形式,简称为ZCS-MRC和ZVS-MRC,实际上它是一种有多个谐振元件的准谐振转换器。所有开关器件(有源器件和无源器件)都按软开关工作,MRC运行有多个谐振频率。谐振元件越多,电路越复杂,分析起来越困难。一般多谐振转换器泛指有三个谐振元件的准谐振转换器。

  ZVS-MRC克服了ZVS-QRC的不足,如可以使电压应力降低很多,表为Buck ZVS-QRC和Buck ZVS-MRC的参数比较。

  开关频率达到1 MHz以上时,MRC的效率很高,因此它的应用场合是要求高功率密度的转换器,输人电压变化范围较窄的地方,因此,若前有调节器(如功率因数校正器),用MRC较为合适。

  MRC的主要缺点是:电路中循环能量大,这是由于多个谐振元件持续谐振的缘故。因此它的导通损耗比较大。

  PWM开关转换器的特点是开关频率恒定,所以当输人电压或负载变动时,为保持转换器输出电压基本不变,只要改变它的占空比即可,是一种恒频控制方式,控制比较简单。而准谐振转换器的输出电压与开关频率有关,一个周期内,ZCS-QRC或MRC导通时间ton恒定,ZVS-QRC或MRC关断时间toff恒定。为保持准谐振转换器的输出电压在各种运行条件下(如输入电压变波动,负载变化等)基本不变,必须调制频率,即采用变频控制。高输人电压和轻载时,ZVS-QRC的频率要提高,而ZCS-QRC的频率要降低。设输人电压变化范围为⒉1,负载变化范围为10%~100%,则为保持输出电压稳定,ZCS-QRC的频率变化范围达10∶1。若将二极管用开关管代替,ZVS-MRC可以实现恒频控制。

  变频控制没有PWM控制简单,而且,变压器、电感等磁性元件要按频率设计,体积和重量不可能做得极小(即不可能实现设计)。为此,⒛世纪80年代后期,许多学者进一步研究开发能实现恒频控制的软开关技术,如ZC-PWM技术。

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