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1、96《电力电子技术》1998年第2期1998.5软开关技术回顾与展望AnOverviewonSoft-switchingTechnique清华大学杨德刚赵良炳(北京100084)摘要:回顾了软开关技术的发展阶段,并结合具体电路重点分析了几种先进的软开关PWM变换器的特点,提出了软开关技术的评测指标和零电压开关、零电流开关的定义。Abstract:Thepaperreviewsthedevelopmentstagesofsoft-switching(SS)techniqueswithfocusonthespecificcircuit.Thefeaturesofsever
2、alkindsofadvancedSS-PWMconvertersareanalyzed.Thecri-terionofSStechniques,thedefinitionsofZCSandZVSareproposed.叙词:变换器脉宽调制/软开关Keywords:converter;PWM;soft-switching1引言的冲击电流,轻则引起该开关器件和二极管功在开关模式功率电源中,往往采用磁性元耗急剧增加,重则致其损坏。件(如铁心电感、变压器等)实现交/直流侧滤克服以上缺陷的有效办法就是采用软开关技术(SoftSwitching,简称SS)。最理想的软开波、能量
3、存储和传输。这些磁性元件在电源装置通过程:电压先下降到零后,电流再缓慢上升到的体积、重量、成本中占有很大比重。开关器件工作频率越高,磁性元件尺寸则越小,从而实现通态值,所以开通损耗近似为零。另外,因器件开通前电压已下降到零,器件结电容上的电压电源装置的小型、轻量、低成本。但是,传统亦为零,故解决了容性开通问题,这意味着二极PWM变换器中的开关器件工作在硬开关状态,硬开关工作的四大缺陷妨碍了开关器件工管已经截止,其反向恢复过程结束,因此二极管作频率的提高:反向恢复问题亦不复存在。最理想的软关断过程:电流先下降到零,电压再缓慢上升到断态(1)开通和关断损耗大:在开通时,开
4、关器值,所以关断损耗近似为零。由于器件关断前电件的电流上升和电压下降同时进行;关断时,电压上升和电流下降同时进行。电压、电流波形的流已下降到零,即线路电感中电流亦为零,所以感性关断问题得以解决。交叠致使器件的开通损耗和关断损耗随开关频由此可见,软开关技术可以解决硬开关率的提高而增加。PWM变换器的开关损耗问题、容性开通问题、(2)感性关断问题:电路中难免存在感性元件(引线电感、变压器漏感等寄生电感或实体电感性关断问题、二极管反向恢复问题,同时也能解决由硬开关引起的EMI问题。感),当开关器件关断时,由于通过该感性元件的di/dt很大,感应出很高的尖峰电压加在开关2软开
5、关种类器件两端,易造成电压击穿。近年来,软开关的称谓甚多,在此我们试图(3)容性开通问题:当开关器件在很高的电对软开关下一个明确的定义,以利于概念的规压下开通时,储藏在开关器件结电容中的能量范化,便于开展研究和交流。无论采用哪种电路将全部耗散在该开关器件内,引起开关器件过拓扑和控制技术,最理想的软开关波形只有一热损坏。种,如图1所示。同时图1还给出了硬开关波形,(4)二极管反向恢复问题:二极管由导通变以供对比。软开关包括软开通和软关断:软开通为截止时存在着反向恢复期,在此期间内,二极有零电流开通和零电压开通两种;软关断有零管仍处于导通状态,若立即开通与其串联的开电流关
6、断和零电压关断两种,可按照驱动信号关器件,容易造成直流电源瞬间短路,产生很大的时序来判断。软开关技术回顾与展望97变换器效率反映了变换器总的损耗情况,如果所采用的软开关技术在减小器件开关损耗的同时又增加了器件通态损耗,则变换器的效率不会有明显改进。器件利用率反映了器件承受的电压电流应力情况,在相同的输出功率下,器件承受的电压电流应力越小,器件的利用率越高。图1软开关和硬开关波形之比较4发展阶段零电流关断:关断命令在t2时刻或其后给4.1谐振开关(以下简称RS)出,开关器件端电压从通态值上升到断态值,开基本思想:谐振开关是由一个半导体开关关器件进入截止状态。VM1、一个
7、电感Lr、一个电容Cr组成的子电路。零电压关断:关断命令在t1时刻给出,开关分L型和M型两种,如图2所示。器件电流从通态值下降到断态值后,端电压才从通态值上升到断态值,开关器件进入截止状态。在t2以前,开关器件的端电压必须维持在通态值(约等于零)。零电压开通:开通命令在t2时刻或其后给出,开关器件电流从断态值上升到通态值,开关图2谐振开关主电路对VM1而言,Lr与Cr组成一个串联谐振器件进入导通状态。在t2以前,开关器件端电压电路。VM1开通时,由Lr限制电流上升速度,实必须下降到通态值(约等于零),并且在电流上现零电流开通。当VM1导通时,电流以准
