【導(dǎo)讀】DC-DC變換拓?fù)湫阅芊譃榇?lián)和并聯(lián)兩種，串并聯(lián)諧振DC-DC變換器結(jié)合串聯(lián)和并聯(lián)的變換器結(jié)構(gòu)優(yōu)勢(shì)，半橋串聯(lián)諧振結(jié)構(gòu)的DC-DC變換開(kāi)關(guān)損耗小，拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，本文就針對(duì)這兩種拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)進(jìn)行淺析。
串并聯(lián)諧振DC-DC變換器拓?fù)湫阅?/strong>
目前市面上常見(jiàn)的串并聯(lián)諧振結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)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，該種類型的轉(zhuǎn)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(jié)構(gòu)上看，這種串并聯(lián)式的諧振轉(zhuǎn)換器結(jié)合了串聯(lián)和并聯(lián)結(jié)構(gòu)兩種轉(zhuǎn)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(zhuǎn)換器在空載時(shí)能夠很好的調(diào)節(jié)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)。
圖為串并聯(lián)諧振DC-DC變換器電路圖
然而，盡管串并聯(lián)諧振結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)換器擁有串聯(lián)、并聯(lián)兩種轉(zhuǎn)換器的優(yōu)勢(shì)，但是這種結(jié)構(gòu)的諧振轉(zhuǎn)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(yán)重的一個(gè)問(wèn)題是在這個(gè)電路系統(tǒng)中同時(shí)包含有三個(gè)諧振元件，一旦出現(xiàn)故障的話工程師很難快速的判斷故障節(jié)點(diǎn)位置，分析起來(lái)比較復(fù)雜。同時(shí)，這種結(jié)構(gòu)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(yīng)用。
半橋串聯(lián)諧振DC-DC變換器拓?fù)湫阅?/strong>
半橋串聯(lián)諧振結(jié)構(gòu)的DC-DC變換器目前被廣泛的應(yīng)用在汽車、工業(yè)和電網(wǎng)系統(tǒng)中，這種變換器具有開(kāi)關(guān)損耗小、拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)相對(duì)簡(jiǎn)單等優(yōu)勢(shì)，是一種相對(duì)而言比較基礎(chǔ)的變換器類型。
下圖中展示的是半橋串聯(lián)諧振DC-DC變換器的基本拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。可以從圖中看出，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(fù)載相串聯(lián)，所以從結(jié)構(gòu)上看，諧振網(wǎng)絡(luò)和負(fù)載構(gòu)成一個(gè)分壓器。
圖為半橋串聯(lián)諧振（SRC）變換器拓?fù)?br />
在工作中，半橋串聯(lián)諧振的DC-DC轉(zhuǎn)換器通過(guò)改變開(kāi)關(guān)管的開(kāi)關(guān)頻率進(jìn)行轉(zhuǎn)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(fù)載端的電壓發(fā)生相應(yīng)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(dāng)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(dá)到最小，輸入的電壓絕大部分傳遞到負(fù)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(duì)而言比較基礎(chǔ)的、應(yīng)用也非常廣泛的轉(zhuǎn)換器，串聯(lián)諧振型的DC-DC轉(zhuǎn)換器在工作中的優(yōu)點(diǎn)是電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)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(fù)變整流二極管上的電壓應(yīng)力也比較小。除此之外，該類型的變換器電路循環(huán)電流比較低，能量循環(huán)也相對(duì)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(fù)載串聯(lián)，開(kāi)關(guān)頻率直接受到負(fù)載電路的影響，因此在輕載或空載時(shí)輸出電壓無(wú)法調(diào)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(dāng)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(wěn)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(yīng)用。
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