第七章軟開關技術ppt課件

1、電力電子技術電子教案第第7章章 軟開關技術軟開關技術目錄目錄概述7.1 軟開關的基本概念7.1.1 硬開關與軟開關7.1.2 零電壓開關與零電流開關7.2 軟開關電路的分類7.3 典型的軟開關電路7.3.1 零電壓開關準諧振電路7.3.2 諧振直流環(huán)7.3.3 移相全橋型零電壓開關PWM電路7.3.4 零電壓轉換PWM電路本章小結概述v電力電子裝置高頻化電力電子裝置高頻化v濾波器、變壓器體積和重量減濾波器、變壓器體積和重量減小，電力電子裝置小型化、輕量小，電力電子裝置小型化、輕量化?；開關損耗增加，電磁干擾增大。開關損耗增加，電磁干擾增大。v軟開關技術軟開關技術v降低開關損耗和開關噪聲。降

2、低開關損耗和開關噪聲。v進一步提高開關頻率。進一步提高開關頻率。7.1.1 硬開關與軟開關v硬開關：硬開關：v開關的開通和關斷過程伴隨著電壓和電流的開關的開通和關斷過程伴隨著電壓和電流的劇烈變化。劇烈變化。v產生較大的開關損耗和開關噪聲。產生較大的開關損耗和開關噪聲。v軟開關：軟開關：v在電路中增加了小電感、電容等諧振元件，在電路中增加了小電感、電容等諧振元件，在開關過程前后引入諧振，使開關條件得以在開關過程前后引入諧振，使開關條件得以改善。改善。v降低開關損耗和開關噪聲。降低開關損耗和開關噪聲。v軟開關有時也被成為諧振開關。軟開關有時也被成為諧振開關。v工作原理：工作原理：v軟開關電路中軟開

3、關電路中S關斷后關斷后Lr與與Cr間發(fā)生諧振，間發(fā)生諧振，電路中電壓和電流的波形類似于正弦半波。電路中電壓和電流的波形類似于正弦半波。諧振減緩了開關過程中電壓、電流的變化，諧振減緩了開關過程中電壓、電流的變化，而且使而且使S兩端的電壓在其開通前就降為零。兩端的電壓在其開通前就降為零。7.1.2 零電壓開關與零電流開關v軟開關分類軟開關分類v零電壓開關：使開關開通前其兩端電壓為零，零電壓開關：使開關開通前其兩端電壓為零，則開關開通時就不會產生損耗和噪聲，這種則開關開通時就不會產生損耗和噪聲，這種開通方式稱為零電壓開通，簡稱零電壓開關。開通方式稱為零電壓開通，簡稱零電壓開關。UiCrSVDSLrV

4、DLCARSuS (uCr)iLruVDt0t1t2t3t4t6t0tttttt5iSOOOOOa)b)圖圖7-1 零電壓開關準諧振電路及波形零電壓開關準諧振電路及波形a電路圖電路圖 b理想化波形理想化波形 （顯示放大圖）（顯示放大圖）7.1.2 零電壓開關與零電流開關零電流開關：使開關關斷前其電零電流開關：使開關關斷前其電流為零，則開關關斷時也不會產流為零，則開關關斷時也不會產生損耗和噪聲，這種關斷方式稱生損耗和噪聲，這種關斷方式稱為零電流關斷，簡稱零電流開關。為零電流關斷，簡稱零電流開關。7.1.2 零電壓開關與零電流開關v零電壓開通和零電流關斷要靠電路中的諧振來實現(xiàn)。v零電壓關斷：與開關

5、并聯(lián)的電容能使開關關斷后電壓上升延緩，從而降低關斷損耗，有時稱這種關斷過程為零電壓關斷。v零電流開通：與開關相串聯(lián)的電感能使開關開通后電流上升延緩，降低了開通損耗，有時稱之為零電流開通。v簡單的利用并聯(lián)電容實現(xiàn)零電壓關斷和利用串聯(lián)電感實現(xiàn)零電流開通一般會給電路造成總損耗增加、關斷過電壓增大等負面影響，因此是得不償失的。7.2 軟開關電路的分類v根據(jù)開關元件開通和關斷時電壓電流狀態(tài)，分為零電壓電路和零電流電路兩大類。v根據(jù)軟開關技術發(fā)展的歷程可以將軟開關電路分成準諧振電路、零開關PWM電路和零轉換PWM電路。v每一種軟開關電路都可以用于降壓型、升壓型等不同電路，可以從基本開關單元導出具體電路。7

6、.2 軟開關電路的分類圖 7-3 基本開關單元的概念顯示放大圖）a基本開關單元 b降壓斬波器中的基本開關單元c升壓斬波器中的基本開關單元 d升降壓斬波器中的基本開關單元VDSLLSVDLSVDVDSLa)b)c)d) 本章小結本章的重點為：本章的重點為：1軟開關技術通過在電路中引入諧振改善了開關的開關軟開關技術通過在電路中引入諧振改善了開關的開關條件，大大降低了硬開關電路存在的開關損耗和開關條件，大大降低了硬開關電路存在的開關損耗和開關噪聲問題。噪聲問題。2軟開關技術總的來說可以分為零電壓和零電流兩類。軟開關技術總的來說可以分為零電壓和零電流兩類。按照其出現(xiàn)的先后，可以將其分為準諧振、零開關按

7、照其出現(xiàn)的先后，可以將其分為準諧振、零開關PWM和零轉換和零轉換PWM三大類。每一類都包含基本拓撲三大類。每一類都包含基本拓撲和眾多的派生拓撲。和眾多的派生拓撲。3零電壓開關準諧振電路、零電壓開關零電壓開關準諧振電路、零電壓開關PWM電路和零電路和零電壓轉換電壓轉換PWM電路分別是三類軟開關電路的代表；諧電路分別是三類軟開關電路的代表；諧振直流環(huán)電路是軟開關技術在逆變電路中的典型應用。振直流環(huán)電路是軟開關技術在逆變電路中的典型應用。圖圖7-1 零電壓開關準諧振電路及波形零電壓開關準諧振電路及波形UiCrSVDSLrVDLCARSuS (uCr)iLruVDt0t1t2t3t4t6t0ttttt

8、t5iSOOOOOa)b)a電路圖 b理想化波形 圖圖7-2 硬開關電路及波形硬開關電路及波形UiSVDLCRSuSiSuVDt0t1ttttOOOOa)b)a電路圖 b理想化波形圖圖 7-3 基本開關單元的概念基本開關單元的概念a基本開關單元 b降壓斬波器中的基本開關單元c升壓斬波器中的基本開關單元 d升降壓斬波器中的基本開關單元VDSLLSVDLSVDVDSLa)b)c)d)圖圖 7-4 準諧振電路的基本開關單元準諧振電路的基本開關單元SVDLrLCrSVDLrLCr1Cr2SLrCrVDLa)b)c)a零電壓開關準諧振電路的基本開關單元 b零電流開關準諧振電路的基本開關單元c零電壓開關多

9、諧振電路的基本開關單元 圖圖7-5 零開關零開關PWM電路的基本開關單電路的基本開關單元元SLrCrVDLS1SVDLrLCrS1a)b)a零電壓開關PWM電路的基本開關單元 b零電流開關PWM電路的基本開關單元 圖圖 7-6 零轉換零轉換PWM電路的基本開關電路的基本開關單元單元SLrVDLS1CrVD1LrCrS1SVDVD1La)b)a零電壓轉換PWM電路的基本開關單元 b零電流轉換PWM電路的基本開關單元圖圖7-7 零電壓開關準諧振電路原理圖零電壓開關準諧振電路原理圖UiCrSVDSLrVDLCAR圖圖7-8 零電壓開關準諧振電路的理想零電壓開關準諧振電路的理想化波形化波形SuS (u

10、Cr)iSiLruVDt0t1t2t3t4t6t0tttttt5OOOOO圖圖7-910準諧振電路等效電路準諧振電路等效電路CrUi+uCrILA圖7-9 零電壓開關準諧振電路在t0t1時段等效電路CrUi+uCriLr圖7-10 零電壓開關準諧振電路在t1t2時段等效電路圖圖 7-11 諧振直流環(huán)電路原理圖諧振直流環(huán)電路原理圖LrUiSCrVDS圖圖 7-12 諧振直流環(huán)電路的等效電路諧振直流環(huán)電路的等效電路LrUiSCrVDSLiLr+uCrILR圖圖 7-13 諧振直流環(huán)電路的理想化波形諧振直流環(huán)電路的理想化波形 t0t1t2t3t4t0iLruCrUiILttOO圖圖 7-14 移相全

11、橋零電壓開關移相全橋零電壓開關PWM電電路路S1S2S3S4CS1CS4CS2CS3VD2VD1LrLABUiuRCR+-圖圖 7-15 移相全橋電路的理想化波形移相全橋電路的理想化波形S1S3S4S2uA BuLriLruT1uRiV D 1iV D 2iLt0t1t2t3t4t5t6t7t8t9t0t9t8ttttttttttttOOOOOOOOOOOO圖圖7-16 移相全橋電路在移相全橋電路在t1t2階段的等效電階段的等效電路圖路圖iLriLkT:1CS1S4LrLVD1UiUo+CS2VDS2AR圖圖7-17 移相全橋電路在移相全橋電路在t3t4階段的等效電階段的等效電路路iLriLCS3S2LrLVD1UiUo+CS4VDS3VD2BR圖圖7-18 升壓型零電壓轉換升壓型零電壓轉換PWM電路的原電路的原理理LSCrS1LrVD1VDCUi+UoILiLriVDVDSR圖圖7-19 升壓型零電壓轉換升壓型零電壓轉換PWM電路的理電路的理想化波形想化波形SS1uSiLriS1uS1iDiSILt0t1t2t3t4t5ttttttttOOOOOOOO圖圖 7-20 升壓型零電壓轉換升壓型零電壓轉換PWM電路在電路在t1t2時段的時段的等效電路等效電路LS1LriLrUiILCrVDS1