电力电子讲义chapter7ppt课件

Power,Electronics,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,Power,Electronics,Chapter 7,Soft-Switching Techniques,Pursuing of higher switching frequency,Benefits,Better waveform,PWM waveform will be closer to expected waveform,Harmonics is easier to be filtered,Faster response,Smaller volume and weight,4.44,fN,f,=4.44,fNAB,Disadvantages of higher switching frequency,Disadvantages,Higher power losses on power semiconductor devices,Power loss=f x Energy loss at each switching,More severe electromagnetic interference(EMI),Steeper edges introduce more noises,Easier to be radiated,Solution,Soft-switching techniques,第,7,章 软开关技术,现代电力电子装置的,发展趋势,小型化、轻量化、对效率和电磁兼容性也有更高的要求。,电力电子装置高频化,滤波器、变压器体积和重量减小，电力电子装置小型化、轻量化。,开关损耗增加，电磁干扰增大。,软开关技术,降低开关损耗和开关噪声。,进一步提高开关频率。,Outline,7.1 Basic concepts on soft-switching,7.2 Classification of soft-switching techniques,7.3 Typical soft-switching circuits and techniques,第7章 软开关技术,7.1 软开关的基本概念,7.2 软开关电路的分类,7.3 典型的软开关电路,7.1 Basic concepts on soft-switching,Hard-switching,a)Turning-on,b)Turning-off,The process of power semiconductor device hard-switching,7.1.1 硬开关和软开关,硬开关：,开关过程中电压和电流均不为零，出现了重叠。,电压、电流变化很快，波形出现明显的过冲，导致开关噪声。,t,0,a）硬开关的开通过程,b）硬开关的关断过程,图71 硬开关的开关过程,u,i,P,0,u,i,t,u,u,i,i,P,0,0,The concept of soft-switching,Soft-switching,a)Turning-on,b)Turning-off,The process of power semiconductor device,soft-switching,7.1.1 硬开关和软开关,软开关：,在原电路中增加了小电感、电容等谐振元件，在开关过程前后引入谐振，消除电压、电流的重叠。,降低开关损耗和开关噪声。,u,i,P,0,u,i,t,t,0,u,i,P,0,u,i,t,t,0,a）软开关的开通过程,b）软开关的关断过程,图72 软开关的开关过程,Two types of soft-switching,ZVSZero-voltage switching,Specifically means zero-voltage turn-on,i.e.,the voltage across the device is reduced to zero before the current increases,ZCSZero-current switching,Specifically means zero-current turn-off,i.e.,the current flowing through the device is reduced to zero before the voltage increases,7.1.2 零电压开关和零电流开关,零电压开通,开关,开通,前其两端,电压,为零开通时不会产生损耗和噪声。,零电流关断,开关,关断,前其,电流,为零关断时不会产生损耗和噪声。,零电压关断,与开关,并联,的,电容,能延缓开关关断后电压上升的速率，从而降低关断损耗。,零电流开通,与开关,串联,的,电感,能延缓开关开通后电流上升的速率，降低了开通损耗。,通常不指出是开通或是关断，仅称,零电压开关,和,零电流开关,。,靠电路中的谐振来实现。,7.2 Classification of soft-switching techniques,Quasi-resonant soft-switching,ZVS PWM(zero-voltage-switching PWM)and ZCS PWM(zero-current-switching PWM),ZVT PWM(zero-voltage-transition PWM)and ZCT PWM(zero-current-transition PWM),7.2 软开关电路的分类,根据开关元件开通和关断时电压电流状态，分为,零电压电路,和,零电流电路,两大类。,根据软开关技术发展的历程可以将软开关电路分成,准谐振电路,、,零开关,PWM,电路,和,零转换,PWM,电路,。,每一种软开关电路都可以用于降压型、升压型等不同电路，可以从,基本开关单元,导出具体电路。,The concept of basic switch cell,7.2 软开关电路的分类,图,73,基本开关单元的概念,a）基本开关单元,b）降压斩波器中的基本开关单元,c）升压斩波器中的基本开关单元,d）升降压斩波器中的基本开关单元,Quasi-Resonant ConverterQRC,ZVS QRC,ZCS QRC,ZVS MRC(multi-resonant converter),Resonant DC link converter,Basic switching cells for QRC,7.2 软开关电路的分类,可分为：,用于逆变器的谐振直流环节电路,图7-4 准谐振电路的基本开关单元,c)零电压开关多谐振电路的基本开关单元,零电压开关多谐振电路,b)零电流开关准谐振电路的基本开关单元,零电流开关准谐振电路,a)零电压开关准谐振电路的基本开关单元,零电压开关准谐振电路,ZVS PWM converter and ZCS PWM converter,Feature:use of auxiliary switch,Basic switching cells for a)ZVS PWM and b)ZCS PWM,7.2 软开关电路的分类,2）,零开关,PWM,电路,引入了辅助开关来控制谐振的开始时刻，使谐振仅发生于开关过程前后。,零开关,PWM,电路可以分为：,特点：,电压和电流基本上是方波，只是上升沿和下降沿较缓，开关承受的电压明显降低。,电路不采用开关频率固定的,PWM,控制方式。,b)零电流开关PWM电路的基本开关单元,图75 零开关PWM电路的基本开关单元,零电流开关,PWM,电路,a)零电压开关PWM电路的基本开关单元,零电压开关,PWM,电路,ZVT PWM converter and ZCT PWM converter,Feature:auxiliary switch is in parallel with main switch,Basic switching cells for a)ZVT PWM and b)ZCT PWM,7.2 软开关电路的分类,3）,零转换,PWM电路,采用辅助开关控制谐振的开始时刻，但谐振电路是与主开关并联的。,零转换,PWM,电路可以分为：,特点：,电路在很宽的输入电压范围内和从零负载到满载都能工作在软开关状态。,电路中无功功率的交换被削减到最小，这使得电路效率有了进一步提高。,b）零电流转换PWM电路的基本开关单元,图76 零转换PWM电路的基本开关单元,零电流转换,PWM,电路,a）零电压转换PWM电路的基本开关单元,零电压转换PWM电路,7.3 Typical soft-switching circuits and techniques,ZVS QRC,Resonant DC link converter,Phase-shift full bridge ZVS PWM converter,ZVT PWM converter,7.3 典型的软开关电路,7.3.1 零电压开关准谐振电路,7.3.2 谐振直流环,7.3.3 移相全桥型零电压开关PWM电路,7.3.4 零电压转换PWM电路,ZVS QRC,t,o,t,1,t,1,t,2,S,u,S,(,u,C,r,),i,S,i,L,r,u,VD,t,0,t,1,t,2,t,3,t,4,t,6,t,0,t,t,t,t,t,t,5,O,O,O,O,O,7.3.1 零电压开关准谐振电路,选择开关,S,关断时刻为分析的起点。,t,0,t,1,时段：,t,0,之前，开关,S,为通态，二极管,VD,为断态，,u,Cr,=0,，,i,L,r,=I,L,，,t,0,时刻,S,关断，与其并联的电容,C,r,使,S,关断后电压上升减缓，因此,S,的关断损耗减小。,S,关断后，,VD,尚未导通。电感,L,r,+,L,向,C,r,充电，,u,C,r,线性上升，同时,VD,两端电压,u,VD,逐渐下降，直到,t,1,时刻，,u,VD,=0,，,VD,导通。这一时段,u,C,r,的上升率：,2）,工作原理,t,0,t,1,时段的等效电路,S,S,(,u,C,r,),i,S,i,L,r,u,VD,t,0,t,1,t,2,t,3,t,4,t,6,t,0,t,t,t,t,t,t,5,O,O,O,O,O,图7-8零电压开关准谐振电路的理想波形,图7-7,零电压开关准谐振电路原理图,u,7.3.1 零电压开关准谐振电路,t,1,t,2,时段：,t,1,时刻二极管,VD,导通，电感,L,通过,VD,续流，,C,r,、,L,r,、,U,i,形成谐振回路。,t,2,时刻，,i,L,r,下降到零，,u,C,r,达到谐振峰值。,t,2,t,3,时段：,t,2,时刻后，,C,r,向,L,r,放电，直到,t,3,时刻，,u,C,r,=,U,i,，,i,L,r,达到反向谐振峰值。,t,3,t,4,时段：,t,3,时刻以后，,L,r,向,C,r,反向充电，,u,C,r,继续下降，直到,t,4,时刻,u,C,r,=0,。,t,1,t,2,时段的等效电路,u,S,S,(,u,C,r,),i,S,i,L,r,u,VD,t,0,t,1,t,2,t,3,t,4,t,6,t,0,t,t,t,t,t,t,5,O,O,O,O,O,图7-8零电压开关准谐振电路的理想波形,图7-7,零电压开关准谐振电路原理图,7.3.1 零电压开关准谐振电路,t,4,t,5,时段：,u,C,r,被箝位于零，,i,L,r,线性衰减，直到,t,5,时刻，,i,L,r,=0,。,由于此时开关,S,两端电压为零，所以必须在此时开通,S,，才不会产生开通损耗。,t,5,t,6,时段：,S,为通态，,i,L,r,线性上升，直到,t,6,时刻，,i,L,r,=,I,L,，,VD,关断。,t,6,t,0,时段：,S,为通态，,VD,为断态。,缺点,：,谐振电压峰值将高于输入电压,U,i,的2倍，增加了对开关器件耐压的要求。,S,S,(,u,C,r,),i,S,i,L,r,u,VD,t,0,t,1,t,2,t,3,t,4,t,6,t,0,t,t,t,