3.2.1 功率變換電路

功率變換電路是整個高頻開關電源的核心部分。功率變換電路將大功率的高壓直流轉換成低壓直流，這個過程顯而易見是整流器最根本的任務。衡量功率變換電路的好壞，主要有兩點：一是功率轉換過程中效率是否高；二是功率變換電路的體積是否小，特別是大功率電路。

功率變換電路的電路：高壓直流-高壓交流一降壓變壓器一低壓交流一低壓直流〃由于變壓器體積與工作頻率成反比，提高變壓器的工作頻率就能有效地減小變壓器體積。所以功率變換電路又可以描述成：高壓直流-高壓高頻交流一高頻降壓變壓器一低壓高頻交流一低壓直流的過程。

根據功率變換電路輸出功率的大小，開關頻率的工作范圍，以及開關管上所承受的電壓、電流的不同，功率變換電路有多種拓撲結構。隔離式DC/DC功率變換器是高頻開關整流器的重要部分，本節主要介紹常用的推挽式功率變換電路、全橋式功率變換電路和半橋式功率變換電路。

1.推挽式功率變換電路

推挽式功率變換電路原理電路圖如圖3-2所示。

推挽式功率變換電路工作原理分析。閣3-2中兩只功率開關管F71、嚇2由柵極驅動電路以PWM工作方式驅動而交替導通和截止，VT‘、兩功率開關管的波形如圖3-3（a）所示。在各自導通的半個周期內’輸入直流電壓E被變換為高頻方波交流電壓相互交替地施加在高頻變壓器的兩個原邊繞組上。當F71被驅動導通時，輸入電源電壓？通過F7]加到髙頻變壓

流或電壓自然過零時使開關器件關斷或開通。準諧振方式也稱邊緣諧振技術，是在PWM開關上附加諧振網絡，利用局部諮振實現ZVS或ZCS.諧振和準諧振方式的特點都足將開關軟化，減小器件電和熱的應力，使高頻化成為可能。但存在需要采用變頻控制的缺點，因此控制方式不如PWM控制方便：而且變壓器電感等磁性元件按最低頻率設計，很難實現小型化：此外由于頻率變化，變壓器、電感難以進行優化設計，工作狀態不理想。

從20世紀80年代后期開始，軟開關技術進入到第3個階段，就是將PWM技術和準諧振技術相結合，使變換器一周期內，一部分時間按ZCS或ZVS準諧振變換器工作，另一部分時間按PWM變換器工作，這樣，變換器既有電壓過零或電流過零控制的軟開關特點，又有PWM恒頻調寬的特點。H前這種軟開關方式主要有兩種：零開關-PWM變換和零轉換-PWM變換，這兩種技術都是研究的熱點，在一定程度上代表了電源功率變換的設高技術之一。芩轉換-PWM變換器FI前較多地停留在實驗室階段，零開關-PWM變換則已經在全世界許多電源生產廠家中被廣泛應用。

在脈沖寬度調制的DC/DC功半變換電路中，功率開關管是在有電壓和電流時開通或關斷的，這種開關方式稱作硬幵關。功率開關管若在其漏、源極電壓為零時導通，而導通電流降至零時才關斷，這種開關方式稱作軟開關，軟開關工作過程中的開關損耗是很小的。軟開關可分為零電壓開關（ZVS）和零電流開關（ZCS）。零電壓開關（ZVS）和零電流開關（ZCS）原理模型如圖3-8所示。

圖3-8（a）所示為零電流關斷原理模型，當F7導通時，電感L和電容C組成并聯諧振M絡，網絡中電容C的電場能揪1/（2CV2）與電感的磁場能量言1/（2LI2），按正弦電流方式相互交換而形成電路諧振，當正弦諧振電流經過零點時，用外電路同步觸發方法使F7關斷，由此實現零電流關斷（ZCS）。

閣3-8（b）所示為零電壓開通原理模型，當關斷時，電容C與電感Z?由外電路構成串聯諧振回路，諧振電容C兩端的電壓按正弦規律變化，當電容C兩端電壓經過零點時，由外電路同步觸發使FT開通，從而實現零電壓開通（ZVS）。

由上述ZVS和ZCS原理圖及其工作過程可以看出，開關電路中電容和電感產生諧振是實現零電壓開通和零電流關斷的必要條件。當諧振電容兩端電壓為零時功宇開關訝開通、諧振電感中電流為零時功率開關管關斷則是完成軟開關的最佳時機。

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