开关电源-软开关技术.ppt

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1、5.1软开关的基本概念5.2软开关电路的分类5.3典型的软开关电路第5章软开关技术1开关电源的发展趋势小型化、轻量化，对效率和电磁兼容性也有很高要求。电力电子装置高频化减小滤波器、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。大幅度提高开关频率。引言25.1.1硬开关与软开关5.1软开关的基本概念硬开关：开关过程中电压和电流均不为零，出现了重叠区。电压和电流的变化很快，波形出现了明显的过冲和振荡，导致开关噪声的产生。ttiupb)ttiupa)图5-1硬开关电路

2、的开关过程a)硬开关开通过程b)硬开关关断过程3硬开关过程:产生较大的开关损耗和开关噪声;2)开关损耗随着开关频率的提高而增加，使电路效率下降，发热量增大，温升提高，阻碍了开关频率的提高；3)开关噪声给电路带来严重的电磁干扰问题，影响周边电子设备的正常工作。4软开关：在原来的开关电路中增加很小的电感、电容等谐振元件，构成辅助换相网络，在开关过程前后引入谐振过程，消除开关过程中电压、电流的重叠。降低开关损耗和开关噪声。tptiua)uttipb)图5-2软开关电路的开关过程a)软开关开通过程b)软开关关断过程55.1.2零电压开关与零电压开关零

3、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电流为零,关断时不会产生损耗和噪声。通常简称零电压开关和零电流开关。零电压开通和零电流关断主要依靠电路中的谐振来实现。零电压关断开关并联的电容能延缓开关关断后电压上升的速度，降低开关损耗。6零电流开通与开关相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。简单地在硬开关电路中给开关并联电容或串联电感，不仅不会降低开关损耗，还会带来总损耗增加、关断过电压增大等负面问题。75.2软开关电路的分类根据电路中主开关是零电压开通还是零电流关断，可分成零电压电路和零

4、电流电路两大类。根据软开关技术发展历程可分为准谐振电路、零电压PWM电路和零转换PWM电路。每种软开关电路都可用于降压型、升压型等不同电路，因此可以由基本开关单元导出具体电路。8图5-3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)升压斩波器中的基本开关单元SLVDa)SLVDb)d)SVDLc)LVDS95.2.1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。这是最早出现的一类软开关电路，有些现在还在使用。谐振的引入使得电路的开关损耗和开关噪声都大大下降，但也带来一些

5、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（PFM）方式来控制，变频的开关频率给电路设计带来困难。10准谐振电路可分为：零电压开关准谐振电路（Zero-Voltage-SwitchingQuasi-ResonantConverter—ZVSQRC）零电流开关准谐振电路（Zero-Current-SwitchingQuasi-ResonantConverter—ZCSQRC）零电压开关多谐振电路（Z

6、ero-Voltage-SwitchMulti-RedonantConverter—ZVSMRC）SLVDa)零电压开关准谐振电路的基本开关单元SLVDb)零电流开关准谐振电路的基本开关单元SLVDc)零电压开关多谐振电路的基本开关单元115.2.2零开关PWM电路引入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电路可分为零电压开关PWM电路（ZVSPWM）和零电流开关PWM电路（ZCSPWM）。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，电路可以采用开关频率固定的PWM控制方式。S

7、LVDa)零电压开关PWM电路的基本开关单元SLVDb)零电流开关PWM电路的基本开关单元125.2.3零转换PWM电路采用辅助开关控制谐振的开始时刻，谐振电路与主开关并联。零转换PWM电路可分为零电压转换PWM电路（ZVTPWM）和零电流转换PWM电路（ZCTPWM）。特点：输入电压和负载电流对电路的谐振过程影响很小，电路在很宽的输入电压范围内和从零负载到满载都工作在软开关状态。电路中无功功率的交换被削弱到最小，这使得电路效率进一步提高。SLVDa)零电压转换PWM电路的基本开关单元SLVDb)零电流转换PWM电路的基本开关单元135.3典

8、型的软开关电路5.3.1零电压准谐振电路5.3.3有源钳位正激型电路5.3.4零电压转换PWM电路5.3.2移相全桥型零电压开关PWM电路145.3.1零电压准谐振