第5章軟開關(guān)開關(guān)電源ppt課件

1、第第5章章 軟開關(guān)技術(shù)軟開關(guān)技術(shù) 意義：利用諧振技術(shù)，降低開關(guān)損耗和開關(guān)意義：利用諧振技術(shù)，降低開關(guān)損耗和開關(guān)噪聲，進(jìn)一步提高開關(guān)頻率。噪聲，進(jìn)一步提高開關(guān)頻率。 學(xué)習(xí)的主要內(nèi)容：學(xué)習(xí)的主要內(nèi)容：軟開關(guān)的基本概念軟開關(guān)的基本概念軟開關(guān)電路分類和基軟開關(guān)電路分類和基本電路本電路幾種軟開關(guān)電路幾種軟開關(guān)電路掌握的內(nèi)容：掌握的內(nèi)容：軟開關(guān)的概念和開關(guān)過程軟開關(guān)的概念和開關(guān)過程軟開關(guān)電路的分類、基本結(jié)軟開關(guān)電路的分類、基本結(jié)構(gòu)及應(yīng)用構(gòu)及應(yīng)用軟開關(guān)電路的工作原理、分軟開關(guān)電路的工作原理、分析、有關(guān)計(jì)算析、有關(guān)計(jì)算 5.1 基本概念基本概念 5.1.1 硬開關(guān)與軟開關(guān)硬開關(guān)與軟開關(guān) 5.1.2 零電壓開關(guān)

2、與零電流開關(guān)零電壓開關(guān)與零電流開關(guān) 零電壓開關(guān)零電壓開通：零電壓開關(guān)零電壓開通：使開關(guān)開通前其兩端電壓為使開關(guān)開通前其兩端電壓為零，則開關(guān)開通時(shí)就不會(huì)產(chǎn)零，則開關(guān)開通時(shí)就不會(huì)產(chǎn)生損耗和噪聲。生損耗和噪聲。 零電流開關(guān)零電流關(guān)斷：零電流開關(guān)零電流關(guān)斷：使開關(guān)關(guān)斷前其電流為零，使開關(guān)關(guān)斷前其電流為零，則開關(guān)關(guān)斷時(shí)也不會(huì)產(chǎn)生損則開關(guān)關(guān)斷時(shí)也不會(huì)產(chǎn)生損耗和噪聲。耗和噪聲。零電壓關(guān)斷：零電壓關(guān)斷：并聯(lián)電容使開關(guān)關(guān)斷并聯(lián)電容使開關(guān)關(guān)斷后電壓上升延緩，降后電壓上升延緩，降低關(guān)斷損耗的過程。低關(guān)斷損耗的過程。零電流開通：零電流開通：串聯(lián)電感使開關(guān)開通串聯(lián)電感使開關(guān)開通后電流上升延緩，降后電流上升延緩，降低開通

3、損耗的過程。低開通損耗的過程。 5.2 軟開關(guān)電路的分類軟開關(guān)電路的分類 按開關(guān)元件的電壓電流狀態(tài)按開關(guān)元件的電壓電流狀態(tài) ：零電壓電：零電壓電路和零電流電路路和零電流電路 按軟開關(guān)技術(shù)的發(fā)展過程：準(zhǔn)諧振電路、按軟開關(guān)技術(shù)的發(fā)展過程：準(zhǔn)諧振電路、零開關(guān)零開關(guān)PWM電路和零轉(zhuǎn)換電路和零轉(zhuǎn)換PWM電路。電路。 基本開關(guān)單元：開關(guān)器件、電感、電容基本開關(guān)單元：開關(guān)器件、電感、電容和二極管等構(gòu)成的電路和二極管等構(gòu)成的電路 。 1 1準(zhǔn)諧振電路準(zhǔn)諧振電路 在電路中增加電容、電感元件創(chuàng)造諧振條件。在電路中增加電容、電感元件創(chuàng)造諧振條件。 在準(zhǔn)諧振電路中電壓或電流的波形為正弦半波。在準(zhǔn)諧振電路中電壓或電流的

4、波形為正弦半波。 特點(diǎn)：特點(diǎn)：諧振電壓峰值很高，要求開關(guān)器件耐壓高；諧振電壓峰值很高，要求開關(guān)器件耐壓高；諧振電流有效值很大，電力變換電路中無功功率交諧振電流有效值很大，電力變換電路中無功功率交換量大，電路中損耗大；換量大，電路中損耗大；諧振周期隨輸入電壓、負(fù)載變化而改變，適用脈沖諧振周期隨輸入電壓、負(fù)載變化而改變，適用脈沖頻率調(diào)制方式來控制。頻率調(diào)制方式來控制。 零電壓開關(guān)準(zhǔn)諧振電路零電壓開關(guān)準(zhǔn)諧振電路零電流開關(guān)準(zhǔn)諧振電路零電流開關(guān)準(zhǔn)諧振電路 零電壓開關(guān)多諧振電路零電壓開關(guān)多諧振電路 2零開關(guān)零開關(guān)PWM電路電路 在準(zhǔn)諧振電路中，用輔助開關(guān)控制諧振的在準(zhǔn)諧振電路中，用輔助開關(guān)控制諧振的開始，

5、使諧振僅發(fā)生于開關(guān)過程前后。而開始，使諧振僅發(fā)生于開關(guān)過程前后。而其它時(shí)間為其它時(shí)間為PWMPWM電路工作。電路工作。 特點(diǎn)：特點(diǎn)：電壓和電流基本上是上升沿和下降沿較緩方波，電壓和電流基本上是上升沿和下降沿較緩方波，開關(guān)承受的電壓明顯降低；開關(guān)承受的電壓明顯降低；電路可采用開關(guān)頻率固定的電路可采用開關(guān)頻率固定的PWMPWM控制方式?？刂品绞?。零電壓開關(guān)零電壓開關(guān)PWM電路電路 零電流開關(guān)零電流開關(guān)PWM電路電路 3零轉(zhuǎn)換零轉(zhuǎn)換PWM電路電路 采用輔助開關(guān)控制諧振的開始時(shí)刻，但與零開采用輔助開關(guān)控制諧振的開始時(shí)刻，但與零開關(guān)關(guān)PWM不同的是諧振電路是與主開關(guān)并聯(lián)的。不同的是諧振電路是與主開關(guān)并聯(lián)

6、的。 特點(diǎn)：特點(diǎn)：電路在很寬的輸入電壓范圍內(nèi)和從零負(fù)載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)。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，這電路中無功功率的交換被削減到最小，這使得電路效率有了進(jìn)一步提高。使得電路效率有了進(jìn)一步提高。 零電壓轉(zhuǎn)換零電壓轉(zhuǎn)換PWM電路電路 零電流轉(zhuǎn)換零電流轉(zhuǎn)換PWM電路電路 5.3 ZCS-PWM變換器變換器1. 工作原理工作原理: Buck型型ZCS-PWM變換器變換器 2. 2. 運(yùn)行模式分析運(yùn)行模式分析: : 一周期內(nèi)有六種運(yùn)行模式一周期內(nèi)有六種運(yùn)行模式3. ZCS-PWM變換器特點(diǎn)：變換器特點(diǎn)： 在一周期內(nèi)，運(yùn)行

7、在準(zhǔn)諧振狀態(tài)下和在一周期內(nèi)，運(yùn)行在準(zhǔn)諧振狀態(tài)下和PWM狀態(tài)下。輔助開關(guān)的開通出現(xiàn)準(zhǔn)諧振狀態(tài)，狀態(tài)下。輔助開關(guān)的開通出現(xiàn)準(zhǔn)諧振狀態(tài)，為主開關(guān)實(shí)現(xiàn)零電流開斷做好準(zhǔn)備。為主開關(guān)實(shí)現(xiàn)零電流開斷做好準(zhǔn)備。 PWM變換器工作模式為恒流和續(xù)流。變換器工作模式為恒流和續(xù)流。 主開關(guān)零電流關(guān)斷；可實(shí)現(xiàn)恒頻控制；承主開關(guān)零電流關(guān)斷；可實(shí)現(xiàn)恒頻控制；承受最高電壓受最高電壓VS；最大電流；最大電流Imax=IO+VS/Zn。 二極管二極管D承受的電壓值最高為承受的電壓值最高為2VS 5.4 ZVS-PWM變換器變換器 1. 工作原理工作原理: Buck型型ZVS-PWM變換器變換器 2. 運(yùn)行模式分析運(yùn)行模式分析:

8、一周期內(nèi)有五種一周期內(nèi)有五種運(yùn)行模式運(yùn)行模式3. ZVS-PWM變換器特點(diǎn)：變換器特點(diǎn)：在一周期內(nèi)，運(yùn)行在準(zhǔn)諧振狀態(tài)下和在一周期內(nèi)，運(yùn)行在準(zhǔn)諧振狀態(tài)下和PWM狀狀態(tài)下。輔助開關(guān)的斷開出現(xiàn)準(zhǔn)諧振狀態(tài)，為主態(tài)下。輔助開關(guān)的斷開出現(xiàn)準(zhǔn)諧振狀態(tài)，為主開關(guān)實(shí)現(xiàn)零電壓開通做好準(zhǔn)備。開關(guān)實(shí)現(xiàn)零電壓開通做好準(zhǔn)備。 PWM變換器變換器工作模式為恒流和續(xù)流。工作模式為恒流和續(xù)流。主開關(guān)零電壓開通；可實(shí)現(xiàn)恒頻控制；承受主開關(guān)零電壓開通；可實(shí)現(xiàn)恒頻控制；承受最高電壓最高電壓Vmax=VS+I0Zn ；最大電流；最大電流I0 。二極管二極管D承受的電壓值承受的電壓值VS 5.5 ZCT-PWM變換器變換器 1. 工作原

9、理工作原理: Boost型型ZCT-PWM變換器變換器2. 運(yùn)行模式分析運(yùn)行模式分析: 一周期內(nèi)有五種運(yùn)行模式一周期內(nèi)有五種運(yùn)行模式3. ZCT-PWM變換器特點(diǎn)：變換器特點(diǎn)： 在一周期內(nèi)，運(yùn)行在準(zhǔn)諧振狀態(tài)下和在一周期內(nèi)，運(yùn)行在準(zhǔn)諧振狀態(tài)下和PWM狀狀態(tài)下。輔助開關(guān)的開通出現(xiàn)準(zhǔn)諧振狀態(tài)，為主態(tài)下。輔助開關(guān)的開通出現(xiàn)準(zhǔn)諧振狀態(tài)，為主開關(guān)實(shí)現(xiàn)零電流開斷做好準(zhǔn)備。開關(guān)實(shí)現(xiàn)零電流開斷做好準(zhǔn)備。 PWM變換器變換器工作模式為恒流和續(xù)流。工作模式為恒流和續(xù)流。 主開關(guān)零電流關(guān)斷；可實(shí)現(xiàn)恒頻控制；承受最主開關(guān)零電流關(guān)斷；可實(shí)現(xiàn)恒頻控制；承受最高電壓高電壓V0；最大電流；最大電流Imax=IS+正弦峰值。正弦

10、峰值。 二極管二極管D承受的電壓值最高為承受的電壓值最高為V0 。 5.6 ZVT-PWM變換器變換器 1. 工作原理工作原理: Boost型型ZVT-PWM變換器變換器2. 運(yùn)行模式分析運(yùn)行模式分析: 一周期內(nèi)有七種運(yùn)行模式一周期內(nèi)有七種運(yùn)行模式3. ZVT-PWM變換器特點(diǎn)：變換器特點(diǎn)： 在一周期內(nèi)，運(yùn)行在準(zhǔn)諧振狀態(tài)下和在一周期內(nèi)，運(yùn)行在準(zhǔn)諧振狀態(tài)下和PWM狀狀態(tài)下。輔助開關(guān)的閉合出現(xiàn)準(zhǔn)諧振狀態(tài)，為主態(tài)下。輔助開關(guān)的閉合出現(xiàn)準(zhǔn)諧振狀態(tài)，為主開關(guān)實(shí)現(xiàn)零電壓開通做好準(zhǔn)備。開關(guān)實(shí)現(xiàn)零電壓開通做好準(zhǔn)備。 PWM變換器變換器工作模式為恒流和續(xù)流。工作模式為恒流和續(xù)流。 主開關(guān)零電壓開通；可實(shí)現(xiàn)恒頻控制；承受最主開關(guān)零電壓開通；可實(shí)現(xiàn)恒頻控制；承受最高電壓高電壓V0 ；最大電流；最大電流IS 。 二極管二極管D承受的電壓值承受的電壓值V0 5.7 移相控制全橋移相控制全橋ZVS-PWM變換器變換器 1. 工作原理工作原理:2. 運(yùn)行模式分析運(yùn)行模式分析:3. 占空比分析占空比分析 ： 存在漏電感，原邊電流以斜率存在漏電感，原邊電流以斜率Vs/Llk上升，因上升，因此副邊電壓占空比此副邊電壓占空比Deff小于原邊占空比小于原邊占空比D，D由由左、右橋臂開關(guān)的驅(qū)動(dòng)信號(hào)相位差決定。左、右橋臂開關(guān)的驅(qū)動(dòng)信號(hào)相