在电路中,集成了谐振转换器,以在一定程度上减少MOSFET或IGBT等器件中出现开关损耗的可能性。这些被认为是在谐振电流振荡下工作的逆变器。
一、什么是谐振转换器:
我们已经意识到这样一个事实,即通过使用开关设备,负载电流可以以电流随时间变化率的高值(即di/dt)打开或关闭流经电路的总负载电流。设计用于处理高di/dt的设备在运行过程中也会遇到高压应力。因此,这会导致与开关设备相关的功率损耗增加。如果元件的尺寸减小,则会提高开关频率。在相对较高的频率下,由于开关和高压应力而引入的损耗也表现出相当大的增加。不仅如此,开关设备打开和关闭产生的高di/dt和dv/dt也可能导致电磁干扰。
上述缺点的解决方法是,当执行开关时器件两端的电压和电流为零时,转换器中的开关将打开和关闭。因此,据说提供零电压或零电流开关的转换器被视为谐振转换器。这些转换器所需的必要谐振由电路中存在的L和C元件提供。
二、谐振转换器结构:
传统的谐振转换器主要有3个部分,即开关网络、谐振电路和整流器网络。开关网络负责从直流电压或电流源产生脉动电压和电流。开关网络的结果输出进一步提供给整流器网络。馈送到整流器网络的脉动电压或电流负责将脉动直流信号整流为直流电压或电流。谐振槽是电感器和电容器的组合,通过改变脉动信号的频率来执行调制信号增益幅度的作用。有时为了避免变压器饱和,一个直流阻断电容器(Cb)用于开关网络和整流器网络之间。
三、谐振转换器结构:
1.零电流开关谐振转换器:
零电流开关转换器有两种类型,即L型和M型。在这两种电路配置中,L和C是构成串联谐振电路的必要元件。电感的存在限制了电路中开关电流的变化率。现在让我们分别讨论这两种电路配置。
2.L型ZCS谐振转换器:
这里电路配置中使用的开关器件可以是GTO、晶闸管、BJT、MOSFET、IGBT等。下图是L型ZCS谐振转换器的电路:
开关设备的选择取决于工作的频率范围。基本上,对于低频工作范围,可以使用晶闸管、晶体管或IGBT。在兆赫兹范围内,使用功率MOSFET。谐振电路是由L和C组成的电路,该电路通过直流电源V连接直流而这里的滤波器电路是由L组成的1和C1跨负载连接。
最初,在稳态条件下,恒流I0流经负载。此外,电路中的开关S是开路的,因此谐振电路参数将为iL电感和v两端为0c电容器两端为0,负载电流I0容易流过二极管D。
3.M型ZCS谐振转换器:
下图是M型零电流开关谐振转换器的电路配置:
与前面讨论的L型配置一样,这里L和C也构成谐振电路,而L1和C1构成滤波器电路。电容器C在开关S和电感L的串联组合中以并联方向存在。
4.零电压开关谐振转换器:
这种类型的谐振转换器是由二极管和电容器组成的,它们与开关S形成并联连接。与前面讨论的零电流开关谐振转换器的情况类似,这里的元件L和C也构成谐振电路,而L1和C1形成滤波器电路。在这里,谐振电容器被集成到电路中,以便开关两端的电压为零。
在该电路中,负载电流I通过的路径0流由续流二极管提供。该电路的操作涉及当开关两端的电压为零时,开关将打开和关闭的事实。
5.零电流开关与零电压开关转换器有何不同:
在零电流开关模式下,开关可承受我0+Vs/Z0.为了使设备自然关闭,V的值s/Z0应高于I0.这意味着,在零电流开关转换器的情况下,负载电流由上限指定。
在零电压开关模式下,开关将设计为处理峰值电压Vs+我0Z0.这意味着峰值开关电压显示对负载电流I的依赖性0.为了显着改变负载电流,开关两端必须存在一个大电压。由于电压在这里起主导因素,因此零电压开关转换器适合恒定负载应用。
因此,通常,零电压开关频率优于零电流开关频率,其原因是开关中存在的内部电容。