串并聯(lián)諧振DC-DC變換器拓撲性能

目前市面上常見(jiàn)的串并聯(lián)諧振結構的轉換器，其基本電路圖大多如下圖所示。從下圖中我們可以看到，該種類(lèi)型的轉換器諧振網(wǎng)絡(luò )由三個(gè)諧振元件（Lr、Cs和Cp）組成。從電路結構上看，這種串并聯(lián)式的諧振轉換器結合了串聯(lián)和并聯(lián)結構兩種轉換器的特點(diǎn)。它的諧振電流回避并聯(lián)諧振電路的諧振電流要小，因諧振電容Cp的存在，串并聯(lián)轉換器在空載時(shí)能夠很好的調節輸出電壓。同時(shí)，由于輸出端傳接Lf電感，不僅有效匹配了回路阻抗值，也可以改善輸出電流的紋波狀態(tài)。


然而，盡管串并聯(lián)諧振結構的轉換器擁有串聯(lián)、并聯(lián)兩種轉換器的優(yōu)勢，但是這種結構的諧振轉換器在作為電源使用時(shí)，也不可避免的存在一些缺點(diǎn)。其中最嚴重的一個(gè)問(wèn)題是在這個(gè)電路系統中同時(shí)包含有三個(gè)諧振元件，一旦出現故障的話(huà)工程師很難快速的判斷故障節點(diǎn)位置，分析起來(lái)比較復雜。同時(shí)，這種結構使其在輕載狀態(tài)下時(shí)具有比較低的效率，也不適合在高的輸入電壓狀態(tài)下應用。

半橋串聯(lián)諧振DC-DC變換器拓撲性能

半橋串聯(lián)諧振結構的DC-DC變換器目前被廣泛的應用在汽車(chē)、工業(yè)和電網(wǎng)系統中，這種變換器具有開(kāi)關(guān)損耗小、拓撲結構相對簡(jiǎn)單等優(yōu)勢，是一種相對而言比較基礎的變換器類(lèi)型。

下圖中展示的是半橋串聯(lián)諧振DC-DC變換器的基本拓撲結構?？梢詮膱D中看出，它是由兩個(gè)功率的MOS管Q1、Q2組成開(kāi)關(guān)網(wǎng)絡(luò )，諧振電容Cr和諧振電感Lr串聯(lián)組成諧振網(wǎng)絡(luò )。由于諧振網(wǎng)絡(luò )與負載相串聯(lián)，所以從結構上看，諧振網(wǎng)絡(luò )和負載構成一個(gè)分壓器。

在工作中，半橋串聯(lián)諧振的DC-DC轉換器通過(guò)改變開(kāi)關(guān)管的開(kāi)關(guān)頻率進(jìn)行轉換，諧振網(wǎng)絡(luò )的輸入電壓頻率也將同步發(fā)生改變，諧振網(wǎng)絡(luò )的阻抗也將發(fā)生改變，并進(jìn)一步影響負載端的電壓發(fā)生相應的變化。由于這種分壓作用，串聯(lián)諧振變換器的直流電壓增益≤1，當電路的開(kāi)關(guān)頻率工作在諧振頻率Lr和Cr諧振點(diǎn)時(shí)，諧振網(wǎng)絡(luò )的阻抗達到最小，輸入的電壓絕大部分傳遞到負載端，此時(shí)變換器的直流電壓增益最大為1。

作為一種相對而言比較基礎的、應用也非常廣泛的轉換器，串聯(lián)諧振型的DC-DC轉換器在工作中的優(yōu)點(diǎn)是電路拓撲結構比較簡(jiǎn)單，它的關(guān)斷損耗和開(kāi)關(guān)損耗比較小，且沒(méi)有輸出濾波電感，因此復變整流二極管上的電壓應力也比較小。除此之外，該類(lèi)型的變換器電路循環(huán)電流比較低，能量循環(huán)也相對較低一些。

但串聯(lián)諧振變換器在作為電源來(lái)使用時(shí)也有一些自身的缺點(diǎn)。一個(gè)比較大的缺陷就是它的選擇性比較差，由于諧振網(wǎng)絡(luò )與案件與負載串聯(lián)，開(kāi)關(guān)頻率直接受到負載電路的影響，因此在輕載或空載時(shí)輸出電壓無(wú)法調整。除此之外，串聯(lián)諧振變換器的輸出直流濾波電容必須承受較高的紋波電流、而當輸出電壓增加時(shí)，開(kāi)關(guān)頻率必須提高以維持輸出電壓的穩定，諧振網(wǎng)絡(luò )的能力將增加且產(chǎn)生較高的關(guān)斷電流，因此不適合在高輸入電壓下應用。

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