第8章软开关技术ppt课件.ppt

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1、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1第8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。28.1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3电力电子器件的导通和截止状态之间的转换是电力电子变换技术和控制技术的关

2、键问题。如果开关器件在其端电压不为零时开通,称为硬开通。在其电流不为零时关断,称为硬关断。硬开通、硬关断统称为硬开关。48.1.1硬开关与软开关开关过程中电压、电流均不为零,出现重叠,导致开关损耗.电压和电流的变化很快,波形出现明显的过冲,导致开关噪声.硬开关a)硬开关的开通过程b)硬开关的关断过程图8-1硬开关的开关过程典型波形a)uuiitt00Pb)uuii0tt0P5在硬开关过程中,开关器件在较高电压下承载有较大电流,故产生很大的开关损耗。电力电子系统中器件开关频率的高频化能使其体积减小,质量减轻,输

3、入输出波形更易于滤波。但硬开关过程使提高开关频率面临一系列难题。如开关损耗随开关频率的提高正比增加。6传统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作频率的提高,它存在如下问题:1)开通和关断损耗大2)感性关断问题3)容性开通问题4)二极管反向恢复问题7软开关在原开关电路中增加很小的电感、电容等谐振元件,构成辅助换流网络,在开关过程前后引入谐振过程,开关开通前电压降为零,或关断前电流降为零,可消除开关过程中中电压、电流的重叠,降低它们的变化率,减小甚至消除损耗和开关噪声ui

4、P0uitt0uiP0uitt0a)软开关的开通过程b)软开关的关断过程8-2软开关的开关过程8改变电路结构和控制策略使开关器件被施加驱动信号而开通过程中的端电压为零,这种开通称为零电压开通;使开关器件撤除其驱动信号后的关断过程中承载的电流为零,这种关断称为零电流关断。开关器件在开通过程中端电压很小,在关断过程中其电流也很小,这种开关过程的功率损耗不大,称为软开关。即零电压开通和零电流关断是最理想的软开关。9所谓软开关就是功率器件在零电压条件下导通(或关断),在零电流条件下关断(或导通)。与硬开关相比,软开关

5、的功率器件在零电压、零电流条件下工作,功率器件开关损耗大大减小。与此同时,du/dt和di/dt大为下降,提高了变换器的可靠性,由于软开关开关损耗很小,与硬开关相比,它可以工作于较高的工作频率,因此减小变换器的体积和重量,同时提高变换器的变换效率。10零电压开关(零电压开通)使开关开通前其两端电压为零,则开关开通时就不会产生损耗和噪声零电流开关(零电流关断)使开关关断前其电流为零,则开关关断时也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度,降低关断损耗零电流开通与开关串联的电感能

6、延缓开关开通后电流上升的速度,降低开通损耗118.2软开关电路的分类根据是零电压开通还是零电流关断零电压电路零电流电路根据软开关技术发展的历程全谐振型电路准谐振电路零开关PWM电路零转换PWM电路谐振型直流环节逆变电路。12a)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8-3基本开关单元的概念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131.全谐振型电路负载R与LC组成的负载谐振型变换电路串联谐振变换电路并

7、联谐振变换电路分为特点在谐振型变换电路中,谐振元件在整个开关周期中一直谐振工作,参与能量变换的全过程。该变换电路输出性能与负载关系很大,对负载的变化很敏感,一般采用脉冲频率调制(PulseFrequencyModulation—PFM)方法调节输出电压和输出功率。滤波电路参数难于选择,并且电路稍显复杂。142.准谐振电路软开关技术的一次飞跃零电压开关准谐振电路零电流开关准谐振电路零电压开关多谐振电路a)零电压开关准谐振电路基本开关单元b)零电流开关准谐振电路基本开关单元c)零电压开关多谐振电路基本开关单元图8

8、-4准谐电路的基本开关单元SVDLrLCr1Cr2c)SVDLrLCrb)SLrCrVDLa)分为15准谐振准谐振电路中电压或电流的波形为正弦半波优点谐振的引入使得电路开关损耗和开关噪声下降缺点谐振电压峰值很高,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,电路只能采用脉冲频率调制方式来控制16引入了辅助开关来控制谐振的开始

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