《Fundamentals of Power Electronics》翻译(6)
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发布时间：2024-05-13 01:34
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时间：2024-06-08 11:08
深入解析：谐振转换器的智能设计与应用
在电力电子领域，谐振转换器以其独特的优势在高频通信、无线充电和照明系统等应用中占据重要地位。它们通过精确的谐振网络，如L-C电路，生成近乎正弦的电压和电流，避免了小纹波近似可能带来的误差。
核心技术之一是DC-DC转换器，如无线充电器中的高频到交流的逆变器，通过系列、并联或LLC、LLC型电路架构，能精确控制电压和电流波形，以适应各种负载需求。例如，LLC半桥电路设计用于气体放电灯，能提供稳定的近似正弦波电压，适应灯泡启动和运行阶段。
Resonant DC-DC转换器则利用谐振逆变器的输出进行整流和滤波，确保直流功率的稳定输出，而频率控制则影响电流和负载响应。这些转换器包括系列、并联等常见的网络设计，广泛应用于高压直流电力系统。
更巧妙的是，PWM转换器中引入谐振元件，创造出共振或准共振模式，减少了开关损耗和电磁干扰，但优化性能在不同负载和输入电压时面临挑战。
谐振转换器凭借ZCS和ZVS技术，显著降低了开关损耗，使得工作频率远超PWM，然而，它们也带来了对宽泛工作条件的优化难题以及在无负载时可能的高电流问题。
共振技术并非一帆风顺，通过能量存储元件的循环，它们需要巧妙设计以降低效率损失，同时要保证峰值电流和传导储能损耗的控制。章节深入探讨了连续导通模式的DC-DC转换器，其效率取决于储能电路的响应特性。
通过传递函数H(s)和有效负载电阻的计算，我们可以理解方波开关和电容滤波网络如何协同工作。谐振转换器的电压转换比M，与储能电路的交流响应密切相关，而这些特性在简化模型中得以清晰呈现。
零电压/零电流开关技术，如图22.24所示，是谐振转换器的亮点，它们能显著降低MOSFET转换器的损耗，同时也减少了电磁干扰。晶体管的开关特性，如图22.25所示，展示了在特定条件下如何实现无损耗关断，如在长关断时间和电压过零点。
在设计谐振转换器时，轻负载效率问题、负载电流对开关电流的影响以及储能电路的特性需要仔细考虑。输出特性不仅由开路电压Voc和短路电流Isc定义，还由负载的I-v特性与椭圆特性交点决定，如图22.32所示。
频率控制和负载条件对系统性能至关重要，从开路输入阻抗到负载短路电流，都与开关频率和储能网络的阻抗密切相关。通过精确的参数选择，如图22.36所示，可以实现理想的零电流和零电压开关条件。
各种谐振拓扑，如LLC，展示了如图22.40所示的实例，其输出特性与控制平面特性，如图22.44所示，为设计者提供了丰富的选择和优化空间。在连续和不连续导通模式下，谐振转换器表现出独特的电流和电压波形，如图22.46和22.48所示。
总结来说，谐振转换器的魅力在于其能精确控制电压转换，通过软开关技术实现高效能与低损耗。尽管存在挑战，如轻负载效率和高频开关损耗，但通过精心设计和优化，这些技术已经广泛应用于各种实际应用中，如图23.1至23.4所示的开关波形分析。
深入理解谐振转换器的工作原理，不仅限于理论分析，还涉及到实际应用中的创新策略，例如使用辅助谐振换向极和有源钳位缓冲器来实现零电压开关，如图23.39所示。这些技术的进步，推动了电力电子领域向更高效率、更低损耗的未来迈进。
《Fundamentals of Power Electronics》翻译(6)
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