Klasyczny układ wzmacniacza  klasy D 

w.cz. 

z szeregowym obwodem rezonansowym

1

Różna konfiguracje układu 

półmostkowego pracującego w klasie D

2

3

Przebiegi prądów i napięć we wzmacniaczu  
klasy D

4

a) Za pomocą transformatora; b) z tranzystorami komplementarnymi za 
pomocą transformatora impulsowego ; c) z tranzystorami 
komplementarnymi  bez transformatora ;  d) sterowanie za pomocą tzw. 
„lustra napięciowego”

Sterowanie wzmacniacza 
klasy D

a)

b)

c)

d)

Możliwe konfiguracje obwodów 

rezonansowych dla przetwornicy klasy 

D

5

Klasyczny układ przetwornicy 

pracującej w klasie E

6

7

Przebiegi prądów i napięć w 
przetwornicy klasy E

Waveforms in Class E zero-
voltage-switching 
amplifier. (a) For optimum 
operation with 

dv

S

 

(ωt )/d(ωt ) = 0 
at ωt = 2π. 

(b) For suboptimum 
operation with 

dv

S

 

(ωt )/d(ωt ) < 0 at ωt = 2π. 

(c) For suboptimum 
operation
with 

dv

S

 (ωt )/d(ωt ) > 0 at 

ωt = 2π.

W obydwu przypadkach, w  
procesie przełączanie 
klucza płynie inwersyjny 
prąd klucza przy 
wyłączonym kluczu (prąd 
diody bocznikującej).

Klasyczny układ przetwarzania z szeregowym 

obwodem rezonansowym pracującym w 

klasie DE

8

W szczególności będzie to układ półmostka z szeregowym 
obwodem rezonansowym pracującym w klasie DE. 
Częstotliwość rezonansowa obwodu jest stała i jest określona 
przez elementy Ls Cs. Układ  półmostka składa się z dwóch 
jednakowych kluczy dwóch jednakowych diod oraz dwóch 
jednakowych pojemności Cq. Na przebiegach mam idąc od 
góry: przebieg napięcia na bramkach kluczy, napięcie 
wyjściowe półmostka oraz prąd obwodu rezonansowego. 

Zakładamy że częstotliwość kluczowania jest większa od 
częstotliwości rezonansowej obwodu. Impedancja widziana jako 
obciążenie półmostka ma wtedy charakter indukcyjny, co 
oznacza, że faza prądu opóźniona względem podstawowej 
harmonicznej napięcia wyjściowego półmostka. 

Załóżmy, że w 

danej chwili czasowej załączony jest klucz Q1 i przewodzi on 
dodatni prąd. W pewnym momencie (przy dodatnim prądzie) 
wyłączamy klucz Q1. Ponieważ prąd w indukcyjności Ls nie 
może skokowo spaść do zera, wymusi od przepływ prądu w 
innym elemencie półmostka.

Klasyczny układ przetwarzania z szeregowym 

obwodem rezonansowym pracującym w 

klasie DE

9

Jesteśmy w chwili zaraz po wyłączeniu klucza Q1. Napięcie 
na pojemności Cq1 jest bliskie zeru a na pojemności CQ2 
jest bliskie napięciu zasilania. Na wykresie czerwony 
fragment prądu przestawia prąd płynący w obu 
kondensatorach Cq, przyczym prąd ten rozpływa się równo 
do obu pojemności Cq.  Prąd obwodu rezonansowego 
rozpocznie przeładowanie pojemności Cq1 oraz CQ2 do 
momentu aż napięcie na pojemności Cq1 będzie trochę 
większe od napięcia zasilania, natomiast napięcie na 
pojemności Cq2 będzie ujemne o wartości wystarczającej 
do spolaryzowania diody D2 w kierunku przewodzenia.  
Wtedy dioda D2 zaczyna przewodzić i prąd obwodu 
rezonansowego zostaje do niej przekierowany. 

Klasyczny układ przetwarzania z szeregowym 

obwodem rezonansowym pracującym w 

klasie DE

10

Jeżeli załączymy klucz Q2 w czasie kiedy przed diodę 
D2 płynie prąd, klucz przejmie ten prąd na siebie ze 
względu na znacznie mniejszą rezystancję. Po 
załączeniu klucza Q2 dalsze cykle są analogiczne do 
przedstawionych.  Ponieważ włączamy klucz przy 
zerowym napięciu straty  przy włączeniu klucza są 
zerowe. Podobnie ma się sytuacja przy wyłączeniu 
klucza.  Zredukowane zatem zostają znacznie straty 
przełączania klucza, a pozostają tylko straty 
przewodzenia. Pozwala to na osiągnięcie wyższych 
częstotliwości przełączania oraz wyższą sprawność 
układu.  

Schemat przetwornicy z szeregowo-

równoległym obwodem rezonansowym

11

Zastosowana topologia to półmostek pracujący w klasie DE oraz szeregowo-równoległy obwód 
rezonansowy.  Półmostek składa się z dwóch tranzystorów mocy MOSFET z dołączonymi do nich 
pojemnościami CQ1 i CQ2. Obwód rezonansowy składa się z transformatora Lprim-Lsec oraz 
pojemności dołączonej do równolegle do uzwojenia pierwotnego transformatora indukcyjności 
szeregowej Lr pojemności szeregowej utworzonej z elementów CS1 Cs2.  

Charakterystyki częstotliwościowe szeregowo-

równoległego obwodu  rezonansowego

12

R

L

=100Ω

R

L

=5Ω

R

L

=0.81Ω

R

L

=0.3Ω

R

L

=0.05Ω

Na wykresie przedstawiona jest charakterytyka  amplitudowa napięcia na uzwojeniu pierwotnym 
transformatora względem napięcia zasilania. Łatwo zauważyć, że charakterystyka ta znacząco zmienia się 
w zależności od obciążenia. Maleje wzmocnienie układu, ale również zmienia się częstotliwość 
rezonansowa obwodu

. Pożądanym obszarem pracy jest praca powyżej częstotliwości rezonansowej 

(charakter indukcyjny), należy więc dopilnować aby w żadnym momencie układ nie pracował poniżej 
częstotliwości rezonansowej, gdyż spowoduje to natychmiastowe zniszczenie  kluczy.

 

Kolejnym 

niebezpieczeństwem jest zbytnie zbiżenie się częstotliwości pracy do częstotliwości rezonansowej w stanie 
rozwarcia. Jak możemy odczytać wzmocnienie wynosi wtedy 30-40dB co przy napięciu zasilania ok. 400V 
na pewno doprowadzi do zniszczenia układu.  

Schemat zastosowanej przetwornicy

     Przetwornica rezonansowa DCDC z szeregowo-równoległym 

obwodem rezonansowym

• Parametry:

– Napięcie wejściowe: 

400VDC

– Napięcie wyjściowe: 

48VDC/60A

13

Cechy zastosowanej konfiguracji

• Wąski zakres zmian częstotliwości kluczowania 

dla pełnej zmiany obciążenia

• Naturalna odporność na zwarcie wyjścia
• Quasi sinusoidalne kształty prądów w obwodach 

mocy niezależnie od obciążenia

• Miękkie przełączanie kluczy

14

15

Prototyp przetwornicy 3kW 48VDC/65A

Na fotografii znajduje się wykonany prototyp przetwornicy rezonansowej. Przetwornica zasilana jest z 
sieci energetycznej 230V. Składa się kolejno z filtra wejściowego, układu korekcji współczynnika mocy 
oraz przestawionej na poprzednich slajdach przetwornicy DCDC.  

Sprawność przetwornicy przy klasycznym 

sterowaniu modulacją częstotliwości

16