軟開關(guān)技術(shù)cllPPT學(xué)習(xí)教案

1、會(huì)計(jì)學(xué)1 軟開關(guān)技術(shù)軟開關(guān)技術(shù)cll 第1頁/共29頁 開關(guān)過程中電壓和電流均不為零，出現(xiàn)了重疊 。 電壓、電流變化很快，波形出現(xiàn)明顯得過沖， 導(dǎo)致開關(guān)噪聲。 t0 a）硬開關(guān)的開通過程b）硬開關(guān)的關(guān)斷過程 圖71 硬開關(guān)的開關(guān)過程 u i P 0 u i t u u i i P 0 0 第2頁/共29頁 在原電路中增加了小電感、電容等諧振元件，在 開關(guān)過程前后引入諧振，消除電壓、電流的重疊 。 降低開關(guān)損耗和開關(guān)噪聲。 u i P 0 u i t t 0 u i P 0 u i t t 0 a）軟開關(guān)的開通過程b）軟開關(guān)的關(guān)斷過程 圖72 軟開關(guān)的開關(guān)過程 第3頁/共29頁 當(dāng)不指出是開通或

2、是關(guān)斷，僅稱零電壓開關(guān) 和零電流開關(guān)。 靠電路中的諧振來實(shí)現(xiàn)。 第4頁/共29頁 第5頁/共29頁 圖73基本開關(guān)單元的概念 a）基本開關(guān)單元b）降壓斬波器中的基本開關(guān)單元 c）升壓斬波器中的基本開關(guān)單元d）升降壓斬波器中的基本開關(guān)單元 第6頁/共29頁 分別介紹三類軟開關(guān)電路 第7頁/共29頁 可分為： 用于逆變器的諧振直流環(huán)節(jié)電 路(Resonant DC Link）。圖7-4 準(zhǔn)諧振電路的基本開關(guān)單元 c)零電壓開關(guān)多諧振電路的基本開關(guān)單元 電壓開關(guān)多諧振電路 (Zero-Voltage-Switching Multi- ResonantConverterZVS MRC ） b)零電流開

3、關(guān)準(zhǔn)諧振電路的基本開關(guān)單元 零電流開關(guān)準(zhǔn)諧振電路 (Zero-Current-Switching Quasi-Resonant ConverterZCS QRC） a)零電壓開關(guān)準(zhǔn)諧振電路的基本開關(guān)單 元 零電壓開關(guān)準(zhǔn)諧振電路 (Zero-Voltage-Switching Quasi-Resonant Converter ZVS QRC） 第8頁/共29頁 2）零開關(guān)PWM電路 引入了輔助開關(guān)來控制諧振的開始時(shí)刻，使諧振僅發(fā)生于開關(guān)過程前后。 零開關(guān)PWM電路可以分為： 特點(diǎn)： 電路在很寬的輸入電壓范圍內(nèi)和從 零負(fù)載到滿載都能工作在軟開關(guān)狀 態(tài)。 電路中無功功率的交換被削減到最 小，這使得電

4、路效率有了進(jìn)一步提 高。 b)零電流開關(guān)PWM電路 的基本開關(guān)單元 圖75 零開關(guān)PWM電路 的基本開關(guān)單元 零電流開關(guān)PWM電路（Zero-Current- Switching PWM ConverterZCS PWM） a)零電壓開關(guān)PWM電路 的基本開關(guān)單元 零電壓開關(guān)PWM電路（Zero-Voltage- Switching PWM ConverterZVS PWM） 第9頁/共29頁 3）零轉(zhuǎn)換PWM電路 采用輔助開關(guān)控制諧振的開始時(shí)刻，但諧振電路是與主開關(guān)并聯(lián)的。 零轉(zhuǎn)換PWM電路可以分為： 特點(diǎn)： 電路在很寬的輸入電壓范圍內(nèi)和從零 負(fù)載到滿載都能工作在軟開關(guān)狀態(tài)。 電路中無功功率

5、的交換被削減到最小 ，這使得電路效率有了進(jìn)一步提高。 b）零電流轉(zhuǎn)換PWM電路 的基本開關(guān)單元 圖76 零轉(zhuǎn)換PWM電路 的基本開關(guān)單元 零電流轉(zhuǎn)換PWM電路（Zero-Current Transition PWM ConverterZVT PWM） a）零電壓轉(zhuǎn)換PWM電路 的基本開關(guān)單元 零電壓轉(zhuǎn)換PWM電路（Zero- Voltage-Transition PWM ConverterZVT PWM） 第10頁/共29頁 第11頁/共29頁 1）電路結(jié)構(gòu) 以降壓型為例分析工作原理。 假設(shè)電感L和電容C很大，可等效為電流源和電壓源，并忽略電路中的損耗。 圖7-7 零電壓開關(guān)準(zhǔn)諧振電路原理 圖

6、 第12頁/共29頁 選擇開關(guān)S關(guān)斷時(shí)刻為分析的起 點(diǎn)。 t0t1時(shí)段：t0之前，開關(guān)S為通 態(tài)，二極管VD為斷態(tài)，uCr=0， iLr=IL ，t0時(shí)刻S關(guān)斷，與其并聯(lián) 的電容Cr使S關(guān)斷后電壓上升減 緩，因此S的關(guān)斷損耗減小。S 關(guān)斷后，VD尚未導(dǎo)通。電感 Lr+L向Cr充電， uCr線性上升， 同時(shí)VD兩端電壓uVD逐漸下降， 直到t1時(shí)刻，uVD=0，VD導(dǎo)通。 這一時(shí)段uCr的上升率：r r d d C I t u LC 2）工作原理 t0t1時(shí)段的 等效電路 S S (uCr) iS iLr uVD t 0t1t2 t3t4t6t0 t t t t t t5 O O O O O 圖

7、7-8零電壓開關(guān)準(zhǔn)諧振電路的理想波形 圖7-7 零電壓開關(guān)準(zhǔn)諧振電路原理 圖 第13頁/共29頁 t1t2時(shí)段的 等效電路 u S S (uCr) iS iLr uVD t 0t1t2 t3t4t6t0 t t t t t t5 O O O O O 圖7-8零電壓開關(guān)準(zhǔn)諧振電路的理想波形 圖7-7 零電壓開關(guān)準(zhǔn)諧振電路原理 圖 第14頁/共29頁 缺點(diǎn)：諧振電壓峰值將高于輸入電壓Ui的2倍，增加了對開關(guān)器件耐壓的要求。 S S (uCr) iS iLr uVD t 0t1t2 t3t4t6t0 t t t t t t5 O O O O O 圖7-8零電壓開關(guān)準(zhǔn)諧振電路的理想波形 圖7-7 零電

8、壓開關(guān)準(zhǔn)諧振電路原理 圖 第15頁/共29頁 1）電路結(jié)構(gòu) 圖 7-11 諧振直流環(huán)電路原理圖 由于電壓型逆變器的負(fù)載 通常為感性，而且在諧振 過程中逆變電路的開關(guān)狀 態(tài)是不變的，因此分析時(shí) 可將電路等效。 圖 7-12 諧振直流環(huán)電路的等效電路 第16頁/共29頁 t0t1t2t3t4t0 iLr uCr Uin IL t t O O 圖 7-13 諧振直流環(huán)電路的理想化波形 圖 7-12 諧振直流環(huán)電路的等效電路 t 0t1時(shí)段：t0時(shí)刻之前，開 關(guān)S處于通態(tài)，iLrIL。t0時(shí)刻 S關(guān)斷，電路中發(fā)生諧振。 iLr對Cr充電，t1時(shí)刻，uCr=Ui 。 t1t2時(shí)段：t1時(shí)刻，諧振電 流i

9、Lr達(dá)到峰值。 t1時(shí)刻以后 ，iLr繼續(xù)向Cr充電，直到t2時(shí) 刻iLr=IL，uCr達(dá)到諧振峰值。 2）工作原理 第17頁/共29頁 t0t1t2t3t4t0 iLr uCr Uin IL t t O O 圖 7-13 諧振直流環(huán)電路的理想化波形 圖 7-12 諧振直流環(huán)電路的等效電路 電壓諧振峰值很高，增加了對開關(guān)器件耐壓的要求。 第18頁/共29頁 圖 7-14 移相全橋零電壓開關(guān)PWM電路 第19頁/共29頁 圖 7-14 移相全橋零電壓開關(guān)PWM電 路 S1 S3 S4 S2 uAB uLr iLr uT1 uR iVD1 iVD2 iL t0t1t2t3t4t5t6t7t8t9t

10、0t9t8 t t t t t t t t t t t t O O O O O O O O O O O O 圖 7-15 移相全橋電路的理想化波形 在開關(guān)周期TS內(nèi)，每個(gè)開 關(guān)導(dǎo)通時(shí)間都略小于TS/2 ，而關(guān)斷時(shí)間都略大于 TS/2； 同一半橋中兩個(gè)開關(guān)不 同時(shí)處于通態(tài)，每個(gè)開 關(guān)關(guān)斷到另一個(gè)開關(guān)開 通都要經(jīng)過一定的死區(qū) 時(shí)間。 第20頁/共29頁 圖 7-14 移相全橋零電壓開關(guān)PWM電 路 S1 S3 S4 S2 uAB uLr iLr uT1 uR iVD1 iVD2 iL t0t1t2t3t4t5t6t7t8t9t0t9t8 t t t t t t t t t t t t O O O

11、O O O O O O O O O 圖 7-15 移相全橋電路的理想化波形 第21頁/共29頁 圖 7-16 移相全橋電路在t0t1階段的等效電 路 S1 S3 S4 S2 uAB uLr iLr uT1 uR iVD1 iVD2 iL t0t1t2t3t4t5t6t7t8t9t0t9t8 t t t t t t t t t t t t O O O O O O O O O O O O 圖 7-15 移相全橋電路的理想化波形 t0t1時(shí)段：S1與S4導(dǎo)通，直到t1時(shí) 刻S1關(guān)斷。 t1t2時(shí)段：t1時(shí)刻開關(guān)S1關(guān)斷后， 電容C s1 、C s2 與電感Lr、L構(gòu)成諧 振回路， uA不斷下降，直到

12、uA=0 ，VDS2導(dǎo)通，電流iLr通過VDS2續(xù) 流。 t2t3時(shí)段：t2時(shí)刻開關(guān)S2開通，由 于此時(shí)其反并聯(lián)二極管VDS2正處 于導(dǎo)通狀態(tài)，因此S2為零電壓開 通。 第22頁/共29頁 圖 7-17移相全橋電路在t3t4階段的等效電 路 S1 S3 S4 S2 uAB uLr iLr uT1 uR iVD1 iVD2 iL t0t1t2t3t4t5t6t7t8t9t0t9t8 t t t t t t t t t t t t O O O O O O O O O O O O 圖 7-15 移相全橋電路的理想化波形 第23頁/共29頁 圖 7-14 移相全橋零電壓開關(guān)PWM電 路 S1 S3 S

13、4 S2 uAB uLr iLr uT1 uR iVD1 iVD2 iL t0t1t2t3t4t5t6t7t8t9t0t9t8 t t t t t t t t t t t t O O O O O O O O O O O O 圖 7-15 移相全橋電路的理想化波形 第24頁/共29頁 圖7-19 圖7-18 升壓型零電壓 轉(zhuǎn)換PWM電路的原理圖 S S1 uS iLr iS1 uS1 iD iS IL t0t1t2t3t4t5 t t t t t t t t O O O O O O O O 圖7-19 升壓型零電壓轉(zhuǎn)換 PWM電路的理想化波形 零電壓轉(zhuǎn)換PWM電路具有電路簡單 、效率高等優(yōu)點(diǎn)。 第25頁/共29頁 圖 7-20 升壓型零電壓轉(zhuǎn)換PWM電 路在t1t2時(shí)段的等效電路 圖7-18 升壓型零電壓 轉(zhuǎn)換PWM電路的原理圖 S S1 uS iLr iS1 uS1 iD iS IL t0t1t2t3t4t5 t t