谐振软开关技术及其在逆变电源中的应用

关技术条件，所以，它和传统意义上的PWM系统，有着较大的区别。

3软开关逆变器拓扑结构的分类

31负载谐振逆变器

谐振网络和负载相连，在整个开关周期内(Ts=1/fs)以频率fr进行振荡，这种负载上振荡的电压和电流就可以为逆变桥中的主功率器件创造ZVS或ZCS条件，逆变桥可以是半桥或全桥结构。一般情况下，分为两类：

第一串联谐振拓扑结构：谐振网络和逆变桥串联，逆变桥给谐振网络提供一个方波电压。负载和谐振网络之间的连接是多种多样的，串联/并联/混合谐振结构(如串/并、并/串和多谐振)。

第二并联谐振拓扑结构：谐振网络和逆变桥并联，逆变桥给谐振网络提供一个方波电流，同样，负载和谐振网络之间也可以是串联或并联。

下面列出负载谐振转换器的两个实例和一些基本特点：

(1)串联谐振/并联负载逆变器(SRPLI)

图2示出了一个半桥的SPRLI电路。这种电路的特点是：

当fr ， 输 出 阻 抗 为 容 性 ， 主 开 关 和 二 极 管 在 ZCS条 件 下 开 通 或 关 断 。 有 源 开 关 的 开 通 取 决 于 电 路 的 控 制 信 号 ， 而 它 的 关 断 则 依 靠 功 率 电 路 的 自 然 换 流 。 由 于 负 载 和 谐 振 电 容 并 联 ， 可 以 明 显 缩 小 输 出 电 压 的 畸 变 。 在 实 际 应 用 中 ， 为 了 限 制 功 率 开 关 中 的 短 暂 冲 击 电 流 ， 应 该 给 每 个 功 率 开 关 串 联 一 个 电 感 。 这 种 电 路 广 泛 地 应 用 于 感 应 加 热 、 航 空 电 源 等 大 功 率 (20kHZ/10kVA左 右 )场 合 。

当fr>fs时，SRPLI工作在ZVS条件下，为了避免开关的关断损耗，功率开关应该并联一个吸收电容。这种情况下，如果构成全桥电路，其输出可采用移相调制的方法来控制。该结构还有一些特征，即相对于开关周期来说，谐振只发生在一个很短的瞬间，而

图2SRPLI电路

图3PRSLI电路

且开关上的寄生电容和隔离变压器上的漏感抗在逆变侧成为谐振网络的一部分。由于这种电路的这些特点，它已广泛应用于高频电源的设计中。

SRPLI电路的优点是：输出正弦波畸变较小，功率大效率高。

SRPLI电路的缺点是：变频控制方法受到限制，且有一定的输出畸变。另外由于制造的原因或参数的瞬态变化使得开关频率漂移，从而不便调整输出电压。

(2)并联谐振/串联负载逆变器(PRSLI)

图3示出了一个典型的PRSLI结构，该电路实际上是图2电路的一个对称电路，用了一个隔离变压器来代替输出电感，谐振电感Lr与负载串联并向其提供调制电流。当fr ， 输 出 阻 抗 为 感 性 ， 这 样 ， 开 关 的 开 通 时 间 取 决 于 电 路 的 自 然 特 性 ， 而 开 关 的 关 断 由 控 制 信 号 决 定 。 例 如 ， 只 有 当 开 关 S1两 端 的 电 压 回 到 零 时 ， 它 才 能 开 通 。 然 而 ， 开 关 S1可 以 在 任 何 时 间 被 控 制 信 号 关 断 ， 并 且 由 谐 振 电 容 进 行 续 流 。 在 该 电 路 中 ， 由 于 谐 振 电 容 的 作 用 ， 开 关 在 零 电 压 (ZVS)条 件 下 开 通 和 关 断 。 由 于 主 开 关 上 的 电 压 是 交 变 的 ， 所 以 主 开 关 必 须 具 有 反 向 关 断 能 力 ， 如 果 使 用 快 速 开 关 型 的 主 功 率 器 件 (MOSFET和 IGBT等 )时 ， 续 流 二 极 管 一 定 要 和 主 开 关 器 件 串 联 以 防 止 反 向 击 穿 。 当 使 用 晶 闸 管 逆 变 桥 时 ， 还 要 求 谐 振 电 路 一 定 要 早 于 逆 变 桥 之 前 工 作 ， 有 关 文 献 已 给 出 了 这 个 问 题 的 详 细 分 析 。

(3)负载谐振逆变器的一般特性

负载谐振逆变器主要适用于连续负载，谐振发生在整个开关周期。为了缩小输出电压畸变，通过对fs的微小变化而获得较宽的输出电压范围，谐振网络的品质因素Q必须尽可能地高。品质因素Q的定义如下：(1)

从式(1)中可以看出，当要求品质因素Q较高时，必须使谐振环节的能量储存峰值增大，即谐振元件容量加大。由于谐振元件放置在主功率传输通道上，所以该类型逆变器中的各个元器件都要承受较高的电压和较大的电流。因此，串联谐振逆变器应用的最大功率就受到了一定的限制。但在谐振频率附近，负载谐振逆变器能够提供易于调节的输出电压，这时，负载上的功率因数接近于1，而且功率器件上的电压和电流变化率较小。

32谐振过渡逆变器

在这种逆变器中，输入总线电压或电流是固定不变的，而软开关条件的实现是通过逆变开关两端的电压和电流谐振而产生的。理想状况下，谐振只发生在开关过渡的瞬间，而且应该使谐振电路在功率传递到负载的过程中吸收的能量达到最小值，当然谐振能量一定要足够大(与负载的变化无关)，以满足产生ZVS或ZCS的条件。