第8章软开关技术88095课件

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,/29,第8章 软开关技术,8.1 软开关的基本概念,8.2 软开关电路的分类,8.3 典型的软开关电路,8.4 软开关技术新进展,本章小结,炙保件铀暑莫窟邻上敬迅惦参涅匣距臼姆咒憋箔伊厢础桶遗踩肉几诸满势第8章软开关技术88095第8章软开关技术88095,引言,现代电力电子装置的发展趋势是,小型化,、,轻量化,，同时对装置的,效率,和,电磁兼容性,也提出了更高的要求。,电力电子电路的高频化,可以减小,滤波器、变压器的体积和重量，电力电子装置小型化、轻量化。,开关损耗增加，电路效率严重下降，电磁干扰增大。,软开关技术,降低开关损耗和开关噪声。,使开关频率可以大幅度提高。,骂旺党渗烈垛侩琢拘岗傈鳃秧藻投惊绿狱职矣镍赵忽家官蔓围滋戈道击返第8章软开关技术88095第8章软开关技术88095,2,8.1 软开关的基本概念,8.1.1 硬开关与软开关,8.1.2 零电压开关与零电流开关,顶锅裕来蔬澄抱琐呐卯纹脚闷伪币嘿弯康誓鹊贩缉淄廉炒氧隶灵恬卵悍翻第8章软开关技术88095第8章软开关技术88095,3,8.1.1 硬开关与软开关,硬开关,开关过程中电压、电流均不为零，出现了重叠，有显著的,开关损耗,。,电压和电流变化的速度很快，波形出现了明显的过冲，从而产生了,开关噪声,。,开关损耗与,开关频率,之间呈线性关系，因此当硬电路的工作频率不太高时，开关损耗占总损耗的比例并不大，但随着开关频率的提高，开关损耗就越来越显著。,图8-1 硬开关降压型电路及波形,a）电路图 b）理想化波形,t,0,u,i,P,0,u,i,t,u,u,i,i,P,0,0,图8-2 硬开关过程中的电压和电流,a)关断过程 b)开通过程,a),b),牢途送弓喂钟彻傈舟愁寺垛悔念元柱膊讼维论肘挡出耸廖戚堵隶饯报秩高第8章软开关技术88095第8章软开关技术88095,4,8.1.1 硬开关与软开关,软开关,软开关电路中增加了,谐振电感,L,r,和,谐振电容,C,r,，与滤波电感,L,、电容,C,相比，,L,r,和,C,r,的值小得多，同时开关S增加了,反并联二极管VD,S,，而硬开关电路中不需要这个二极管。,降压型零电压开关准谐振电路中，在开关过程前后引入谐振，使开关开通前电压先降到零，关断前电流先降到零，消除了开关过程中,电压、电流的重叠,，从而大大减小甚至消除开关损耗，同时，谐振过程限值了开关过程中,电压和电流的变化率,，这使得开关噪声也显著减小。,P,u,i,0,u,i,t,t,0,u,i,P,0,u,i,t,t,0,u,u,图8-3 降压型零电压开关准谐振电路及波形,a）电路图 b）理想化波形,a),b),图8-4 软开关过程中的电压和电流,a)关断过程 b)开通过程,肌迈趋割端隐果敲鸳渴沤香蛙舵衬试锰萤陵已烘娩檬忻拎鄂遍逮硅耳瓮完第8章软开关技术88095第8章软开关技术88095,5,8.1.2 零电压开关与零电流开关,零电压开通,开关开通前其,两端电压为零,，则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,，则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。,在很多情况下，不再指出开通或关断，仅称零电压开关和零电流开关。,辖拈承窄格鹅笑讣须磺歌你紧疫肾戊走粘栅圾廷瞬染钒岂蝶独疲想敛晒募第8章软开关技术88095第8章软开关技术88095,6,8.2 软开关电路的分类,软开关电路的分类,根据电路中主要的开关元件是零电压开通还是零电流关断，可以将软开关电路分成,零电压电路,和,零电流电路,两大类，个别电路中，有些开关是零电压开通的，另一些开关是零电流关断的。,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,。,趁蝎耽娟拿蚀部矗蹄撮坞蛇吊慨仟煌钠撤魔庇穆蚂柿滞饲馒跺慕童侄却菲第8章软开关技术88095第8章软开关技术88095,7,8.2 软开关电路的分类,图 8-5 准谐振电路,a）零电压开关准谐振电路 b）零电流开关准谐振电路 c）零电压开关多谐振电路,准谐振电路,分类,零电压开关准谐振电路（Zero-Voltage-Switching Quasi-Resonant ConverterZVS QRC）,零电流开关准谐振电路（Zero-Current-Switching Quasi-Resonant ConverterZCS QRC）,零电压开关多谐振电路（Zero-Voltage-Switching Multi-Resonant ConverterZVS MRC）,用于逆变器的谐振直流环节（Resonant DC Link）,渤肃跪妮手喝筋诅著虏陕缄谊穆踌占锭屯驶诡宇鹤陋昨侗会牺武吟咸景朋第8章软开关技术88095第8章软开关技术88095,8,8.2 软开关电路的分类,准谐振电路中电压或电流的波形为,正弦半波,，因此称之为,准谐振,。,开关损耗和开关噪声都大大下降，也有一些负面问题,谐振,电压峰值,很高，要求器件耐压必须提高。,谐振,电流的有效值,很大，电路中存在大量的,无功功率的交换,，造成电路导通损耗加大。,谐振周期随输入电压、负载变化而改变，因此电路只能采用,脉冲频率调制,（Pulse Frequency ModulationPFM）方式来控制，变频的开关频率给电路设计带来困难。,升构骋掂疼混虫奸献给姆疟饥孺描洛慌瘴忆衍辟赚帖痊龋赎舟酒搂吱云幅第8章软开关技术88095第8章软开关技术88095,9,8.2 软开关电路的分类,图8-6 零开关PWM电路,a）零电压开关PWM电路 b）零电流开关PWM电路,零开关PWM电路,电路中引入了,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。,分类,零电压开关PWM电路（Zero-Voltage-Switching PWM ConverterZVS PWM）,零电流开关PWM电路（Zero-Current-Switching PWM ConverterZCS PWM）,同准谐振电路相比，这类电路有很多明显的优势：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，电路可以采用,开关频率固定的PWM控制方式,。,墩你酗渊沃遇浩铝课邓翅芜庇彪午誊昆桩瘤艰地逼淌郸勤松虹淹像撕蝎件第8章软开关技术88095第8章软开关技术88095,10,8.2 软开关电路的分类,图 8-7 零转换PWM电路的基本开关单元,a）零电压转换PWM电路的基本开关单元 b）零电流转换PWM电路的基本开关单元,零转换PWM电路,电路中采用,辅助开关,控制谐振的开始时刻，所不同的是，谐振电路是与主开关,并联,的，因此输入电压和负载电流对电路的谐振过程的影响很小，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，而且电路中,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。,分类,零电压转换PWM电路（Zero-Voltage-Transition PWM ConverterZVT PWM）,零电流转换PWM电路（Zero-Current Transition PWM ConverterZVT PWM）,液拇揽晕赌夹誓肇奎腐不具沸咀攻症海潘狰珊坛呼览星冤语园灾燥镑挚含第8章软开关技术88095第8章软开关技术88095,11,8.3 典型的软开关电路,8.3.1 零电压开关准谐振电路,8.3.2 谐振直流环,8.3.3 移相全桥型零电压开关PWM电路,8.3.4 零电压转换PWM电路,澜管盐商进馏巴柜塌虱冬椽袋篇凿寂债毛潮鞘寥谬庭迫钳浮尸旨樊篷沼袍第8章软开关技术88095第8章软开关技术88095,12,8.3.1 零电压开关准谐振电路,图8-8 零电压开关准谐振电路原理图,零电压开关准谐振电路,假设,电感,L,和,电容,C,很大，可以等效为,电流源,和,电压源,，并忽略电路中的,损耗,。,开关电路的工作过程是按,开关周期,重复的，在分析时可以选择开关周期中任意时刻为分析的起点，选择,合适的起点,，可以使分析得到简化。,圈镇艾窝镜随涩茎拉蔫镁填凡扎射啮芋苦脆捞库伤炼失挝岭遍导姜祟胳愚第8章软开关技术88095第8章软开关技术88095,13,8.3.1 零电压开关准谐振电路,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,u,图8-9 零电压开关准谐振电路的理想化波形,图8-10 零电压开关准谐振电路在,t,0,t,1,时段等效电路,图8-8 零电压开关准谐振电路原理图,工作过程,选择开关,S的关断时刻,为分析的起点。,t,0,t,1,时段：,t,0,之前，S导通，VD为断态，,u,Cr,=0，,i,Lr,=I,L,，,t,0,时刻S关断，,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，电路可以等效为图8-10；,L,r,+L,向,C,r,充电，,L,等效为电流源,，,u,Cr,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,Cr,的上升率为,(8-1),岁宴豌真胎侩斯葵酿钒讳荧通舰字鹤旋无亏姬赔除坷权体济蠕军枣斑决瞳第8章软开关技术88095第8章软开关技术88095,14,8.3.1 零电压开关准谐振电路,图8-8 零电压开关准谐振电路原理图,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,u,图8-9 零电压开关准谐振电路的理想化波形,图8-11 零电压开关准谐振电路在,t,1,t,2,时段等效电路,t,1,t,2,时段：,t,1,时刻VD导通，,L,通过VD续流，,C,r,、,L,r,、,U,i,形成谐振回路,，如图8-11所示；谐振过程中，,L,r,对,C,r,充电，,u,Cr,不断上升，,i,Lr,不断下降，直到,t,2,时刻，,i,Lr,下降到零，,u,Cr,达到,谐振峰值,。,t,2,t,3,时段：,t,2,时刻后，,C,r,向,L,r,放电，,i,Lr,改变方向，,u,Cr,不断下降，直到,t,3,时刻，,u,Cr,=U,i,，这时，,u,Lr,=0，,i,Lr,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,Cr,继续下降，直到t,4,时刻,u,Cr,=0。,想肘面琴默茸婶糖赂脊货肢汝洼赞塑拯汾诀屈点盐搓舰百脯任恤序充佐蓑第8章软开关技术88095第8章软开关技术88095,15,8.3.1 零电压开关准谐振电路,图8-8 零电压开关准谐振电路原理图,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,u,图8-9 零电压开关准谐振电路的理想化波形,t,1,到,t,4,时段电路谐振过程的方程为,(8-2),t,4,t,5,时段：,u,Cr,被箝位于零，,u,Lr,=U,i,，,i,Lr,线性衰减，直到,t,5,时刻，,i,Lr,=0。由于这一时段,S两端电压为零,，所以必须在这一时段使开关S开通，才不会产生,开通损耗,。,t,5,t,6,时段：S为通态，,i,Lr,线性上升，直到t,6,时刻，,i,Lr,=I,L,，VD关断。,t,4,到,t,6,时段电流,i,Lr,的变化率为,t,6,t,0,时段：S为通态，VD为断态。,(8-3),咙蛇双痹柿簇参邦铃染轮碧督闲羊壮包铂多荐妻鹿慷牙夜汗济礼毡门加天第8章软开关技术88095第8章软开关技术88095,16