第7章 软开关技术

《第7章 软开关技术》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。

1、第7章软开关技术引言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。7.1软开关的基本概念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，波形出现明显得过冲，导致开关噪声。uiP0uituuiiP0a）硬开关的开通过程b）硬开关的关断过程图7－1硬开关的开关过程软开关：在原电路中增加了小电感、电容等谐振元件，在

2、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。uiP0uitt0uiP0uitt0a）软开关的开通过程b）软开关的关断过程图7－2软开关的开关过程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。当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

3、现。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。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图7－3基本开关单元的概念分别介绍三类软开关电路1）准谐振电路准谐振电路－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。是最早出现的软开关电路。特点：

4、谐振电压峰值很高，要求器件耐压必须提高；谐振电流有效值很大，电路中存在大量无功功率的交换，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（PulseFrequencyModulation—PFM）方式来控制。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。3）零转换PWM电路      采用辅助开关

5、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。7.3典型的软开关电路7.3.1零电压开关准谐振电路1）电路结构以降压型为例分析工作原理。假设电感L和电容C很大，可等效为电流源和电压源，并忽略电路中的损耗图7-4零电压开关准谐振电路原理图2）工作原理SS(uCr)iSiLruVDt0t1t2t3t4t6t0tttttt5OOOOO图7-5零电压开关准谐振电路的理想波形t1~t2时段

6、：t1时刻二极管VD导通，电感L通过VD续流，Cr、Lr、Ui形成谐振回路。t2时刻，iLr下降到零，uCr达到谐振峰值。t2~t3时段：t2时刻后，Cr向Lr放电，直到t3时刻，uCr=Ui，iLr达到反向谐振峰值。t3~t4时段：t3时刻以后，Lr向Cr反向充电，uCr继续下降，直到t4时刻uCr=0。ut4~t5时段：uCr被箝位于零，iLr线性衰减，直到t5时刻，iLr=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。t5~t6时段：S为通态，iLr线性上升，直到t6时刻，iLr=IL，VD关断。t6~t

7、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Ui的2倍，增加了对开关器件耐压的要求。7.3.2谐振直流环谐振直流环电路应用于交流-直流-交流变换电路的中间直流环节（DC-Link）。通过在直流环节中引入谐振，使电路中的整流或逆变环节工作在软开关的条件下。1）电路结构图7-6谐振直流环电路的等效电路2）工作原理t0~t1时段：t0时刻之前，开关S处于通态，iLr>IL。t0时刻S关断，电路中发生谐振。iLr对Cr充电，t1时刻，uCr=Ui。t1~t2时段：t1时刻，谐振电流iLr达到峰值。t1时刻以后，iLr继续向Cr充

8、电，直到t2时刻iLr=IL，uCr达到谐振峰值。t2~t3时段：uCr向Lr和L放电，iLr降低，到零后反向，直到t3时刻uCr=Ui。t3~t4时段：t3时刻，iLr达到反向谐振峰值，开始