降壓型零電壓開關諧振電路的仿真研究

譚 健，吳 特，李 鐵，譚自強，榮 軍,2

?

降壓型零電壓開關諧振電路的仿真研究

譚 健1，吳 特1，李 鐵1，譚自強1，榮 軍1,2

（1. 湖南理工學院信息與通信工程學院， 湖南岳陽 414006；2. 復雜工業物流系統智能控制與優化湖南省重點實驗室， 湖南岳陽 414006；）

闡述了應用于開關電源電壓器的降壓型零電壓準諧振電路的工作原理，給出了其在MATLAB/Simulink中的仿真模型和仿真結果。通過仿真結果得出，零電壓準諧振電路可減少開關損耗，同時也可以控制浪涌的發生，使得噪聲很小，但元器件損耗增大、溫升容易增高。

零電壓 諧振 開關損耗 仿真

0 引言

準諧振是一種最早發展起來的軟開關電路，與硬開關相比，通過諧振軟開關技術使功率開關器件中的電壓按正弦或準正弦規律變化，從而提高開關電源工作頻率。另外軟開關可以使功率器件開通時，電壓線降為零，電流再上升；或者使器件關斷時，電流先降為零，電壓再上升，從而可以使功率損耗降為零。這樣功率器件在開通或者關斷時，不會產生開關損耗和噪聲，提升變換器效率[1，2]。本文對應用于開關電源電壓器的降壓型零電壓準諧振電路進行了研究，首先詳細地闡述了該電路的工作原理，然后借助仿真軟件MATLAB/Simulink對電路的工作波形進行了建模與仿真，最后通過仿真結果對電路進行了分析。

2 降壓型零電壓開關諧振電路的工作原理

(a) 工作電路圖

(b) 工作波形圖

圖1 降壓型零電壓開關諧振電路的工作電路和波形圖

圖2 軟開關過程中的電壓和電流波形

圖1軟開關電路說明了絕大部分軟開關電路的基本特征。通過在開關過程前后引入諧振，使開關開通前電壓先降到零，關斷前電流先降到零，就可以消除開關過程中電壓、電流的重疊，降低它們的變化率，從而大大減小甚至消除開關損耗。同時，諧振過程限制了開關過程中電壓和電流的變化率，這使得開關噪聲也顯著減小。這樣的電路被稱為軟開關電路，而這樣的開關也被稱為軟開關。

圖3 硬開關過程中的電壓和電流波形

3 帶隔離變壓器的半橋電路在MATLAB/ Simulink的建模與仿真

3.1 仿真模型

降壓型零開關諧振電路在MATLAB/Simulink中的仿真模型圖分別如圖4[4-6]，圖4中的模型主要由一個直流電源DC、電力場效應管、驅動電路、諧振電感、諧振電容、電力二極管、測量模塊、以及RC負載構成。

圖4 降壓型零電壓開關諧振電路的仿真模型

3.2 仿真結果及其分析

4 結束語

本文首先詳細的闡述了降壓型零電壓開關準諧振電路的工作原理，然后通過建模仿真對理論分析進行了驗證，仿真結果表明，降壓型零電壓開關準諧振電路能夠實現主電路功率開關管的零電壓開通。

圖5 降壓型零電壓開關諧振電路的仿真波形圖

[1] 趙良炳. 現代電力電子技術基礎[M]. 北京: 清華大學出版社, 1995. 5

[2] 華亮, 沈申生, 胡香齡. Matlab/Simulink在單相交流調壓電路仿真中的應用[J]. 電力學報, 2005, 20(4): 350-352.

[3] 王兆安, 劉進軍. 電力電子技術[M]. 北京. 機械工業出版社, 2000.

[4] 李娜娜, 李瑤, 唐芳芳, 等. 單相全波整流及有源逆變電路的仿真研究[J]. 船電技術, 2017, 8(08): 75-76.

[5] 周曉華, 藍會立, 張銀, 等. 直流電機神經元PID調速系統設計與仿真[J]. 計算技術與自動, 2017, 36(1): 23-26.

[6] 王靜茹, 邱彬, 王華, 等. 諧振直流環軟開關電路的技術研究[J]. 船電技術, 2017, 8(08): 75-76.

Simulation Research of Buck Zero-voltage Switching Resonant Circuit

Tan Jian1, Wu Te1,Li Quan1,Tan Ziqiang1,Rong Jun1,2

（1.Department of Information and Communication Engineering, Hunan Institute of Science and Technology, Yueyang 414006, Hunan, China; 2. Key Laboratory of Hunan Province on Intelligent Control and Optimization of Complex Industrial Logistics System, Yueyang 414006, Hunan, China)

TM46

A

1003-4862（2017）12-0022-03

2017-09-22

湖南省科技計劃項目經費資助（2016TP1021）

譚健（1997-），男，本科在讀，自動化專業。

榮軍（1978-），男，碩士，講師，研究方向：開關電源、電機控制。