电力电子技术中的谐振开关型变换器是一种高效、低损耗的电力转换技术,它通过引入谐振元素来实现开关器件的软开关操作,显著降低了开关损耗并减少了电磁干扰。软开关技术是为了解决传统脉宽调制(PWM)变换器中存在的硬开关问题,如大的开通和关断损耗、感性关断问题、容性开通问题以及二极管反向恢复问题。这些问题限制了开关频率的提高,导致效率下降,并产生电磁干扰。
硬开关过程的特点在于开关器件在非零电压或非零电流条件下进行开通和关断,因此产生较高的开关损耗和开关噪声。软开关技术则是在电压为零或电流为零的情况下进行开关切换,这样可以极大地减少损耗,减小du/dt和di/dt,提高变换器的可靠性和工作效率。
软开关的实现方法主要有零电流开通、零电压开通、以及两者同时实现。零电流开通是通过在开关管开通时限制电流上升率,零电压开通则是让开关管在开通前电压降至零。零电流关断和零电压关断类似,都是通过调整开关器件的状态来避免电压和电流的重叠区,从而减少关断损耗。
LC谐振网络在软开关技术中起着关键作用,通过谐振使得开关器件能够在零电压下开通、零电流下关断,这就是所谓的LC谐振零开关技术。通过精确控制谐振时间,可以实现理想的软开关操作,从而极大地降低开关损耗,提高整体转换效率。
准谐振变换器(QRCs)是一种介于硬开关和全谐振型变换器之间的技术。它利用谐振现象,但不完全依赖于谐振条件,以达到软开关的目的。QRCs通常包括电流型和电压型两种,它们在设计上可以提供更好的软开关性能,同时保持一定的灵活性和成本效益。
此外,还有其他类型的软开关变换器,如多谐振/准谐振变换器、零开关PWM变换器和零转换变换器等。这些变换器根据其谐振电路的阶数和拓扑结构不同,有不同的特点和应用场景。例如,零转换变换器能够实现输入和输出电压的连续变换,而不会产生显著的开关损耗。
总结来说,谐振开关型变换器通过软开关技术提升了电力电子系统的效率和可靠性,降低了体积和重量,使得高频化成为可能。而准谐振变换器作为其中的一种重要形式,结合了谐振和开关控制的优点,为电力电子系统的设计提供了更多的选择。这些技术的应用广泛覆盖了电源转换、电机驱动、能源管理系统等多个领域,对现代电力电子技术的发展产生了深远的影响。