第8章 软开关技术剖析.ppt

引言 ■现代电力电子装置的发展趋势是小型化、轻量化，同时对装置的效率和电磁兼容性也提出了更高的要求。 ■电力电子电路的高频化 ◆可以减小滤波器、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。 ◆使开关频率可以大幅度提高。 8.1 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 8.1.1 硬开关与软开关 8.1.1 硬开关与软开关 8.1.2 零电压开关与零电流开关 ■零电压开通 ◆开关开通前其两端电压为零，则开通时不会产生损耗和噪声。 ■零电流关断 ◆开关关断前其电流为零，则关断时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率，从而降低关断损耗。 ■零电流开通 ◆与开关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。 ■在很多情况下，不再指出开通或关断，仅称零电压开关和零电流开关。 8.2 软开关电路的分类 ■软开关电路的分类 ◆根据电路中主要的开关元件是零电压开通还是零电流关断，可以将软开关电路分成零电压电路和零电流电路两大类，个别电路中，有些开关是零电压开通的，另一些开关是零电流关断的。 ◆根据软开关技术发展的历程可以将软开关电路分成准谐振电路、零开关PWM电路和零转换PWM电路。 8.2 软开关电路的分类 8.2 软开关电路的分类 ◆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。 ◆开关损耗和开关噪声都大大下降，也有一些负面问题 ?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（Pulse Frequency Modulation—PFM）方式来控制，变频的开关频率给电路设计带来困难。 8.2 软开关电路的分类 8.2 软开关电路的分类 8.3 典型的软开关电路 8.3.1 零电压开关准谐振电路 8.3.2 谐振直流环 8.3.3 移相全桥型零电压开关PWM电路 8.3.4 零电压转换PWM电路 8.3.1 零电压开关准谐振电路 8.3.1 零电压开关准谐振电路 8.3.1 零电压开关准谐振电路 8.3.1 零电压开关准谐振电路 8.3.1 零电压开关准谐振电路 8.3.2 谐振直流环 8.3.2 谐振直流环 8.3.2 谐振直流环 ?t2~t3时段：t2以后，uCr向Lr和IL放电，iLr继续降低，到零后反向，Cr继续向Lr放电，iLr反向增加，直到t3时刻uCr=Ui。 ?t3~t4时段：t3时刻，uCr=Ui，iLr达到反向谐振峰值，然后iLr开始衰减，uCr继续下降，直到t4时刻，uCr=0，VDS导通，uCr被箝位于零。 ?t4~t0时段：S导通，电流iLr线性上升，直到t0时刻，S再次关断。 ◆谐振直流环电路中电压uCr的谐振峰值很高，增加了对开关器件耐压的要求。 8.3.3 移相全桥型零电压开关PWM电路 8.3.3 移相全桥型零电压开关PWM电路 8.3.3 移相全桥型零电压开关PWM电路 8.3.3 移相全桥型零电压开关PWM电路 8.3.4 零电压转换PWM电路 8.3.4 零电压转换PWM电路 8.3.4 零电压转换PWM电路 8.4 软开关技术新进展 ■软开关技术出现了以下几个重要的发展趋势 ◆新的软开关电路拓扑的数量仍在不断增加，软开关技术的应用也越来越普遍。 ◆在开关频率接近甚至超过1MHz、对效率要求又很高的场合，曾经被遗忘的谐振电路又重新得到应用，并且表现出很好的性能。 ◆采用几个简单、高效的开关电路，通过级联、并联和串连构成组合电路，替代原来的单一电路成为一种趋势，在不少应用场合，组合电路的性能比单一电路显著提高。 本章小结 ■本章的重点为： ◆软开关技术通过在电路中引入谐振改善了开关的开关条件，大大降低了硬开关电路存在的开关损耗和开关噪声问题。 ◆软开关技术总的来说可以分为零电压和零电流两类；按照其出现的先后，可以将其分为准谐振、零开关PWM和零转换PWM三大类；每一类都包含基本拓扑和众多的派生拓扑。 ◆零电压开关准谐振电路、零电压开关PWM电路和零电压转换PWM电路分别是三类软开关电路的代表；谐振直流环电路是软开关技术在逆变电路中的典型