电力电子第六章第二十二讲.ppt

电 力 电 子 技 术 Power Electronics 第七章 软开关变换器 硬开关和软开关 硬开关： 硬开关和软开关 硬开关和软开关 软开关： 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——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——关断时不会产生损耗和噪声。 零电压开关与零电流开关 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。 零电压开关准谐振电路 电路结构 以降压型为例分析工作原理。 假设电感L和电容C很大，可等效为电流源和电压源，并忽略电路中的损耗。 以开关S的关断时刻为分析的起点。 零电压开关准谐振电路 工作原理 ????? t0~t1时段：t0时刻之前，开关S为通态，二极管VD为断态，uCr=0，iLr=IL t0时刻S关断，与其并联的电容Cr使S关断后电压上升减缓，因此S的关断损耗减小。S关断后，VD尚未导通。电感Lr+L向Cr充电，uCr线性上升，同时VD两端电压uVD逐渐下降，直到t1时刻，uVD=0，VD导通。 零电压开关准谐振电路 t1~t2时段：t1时刻二极管VD导通，电感L通过VD续流，Cr、Lr、Ui形成谐振回路。t2时刻，iLr下降到零，uCr达到谐振峰值。 t2~t3时段：t2时刻后，Cr向Lr放电，直到t3时刻，uCr=Ui，iLr达到反向谐振峰值 零电压开关准谐振电路 t3~t4时段：t3时刻以后，Lr向Cr反向充电，uCr继续下降，直到t4时刻uCr=0。 零电压开关准谐振电路 ?t4~t5时段：VDS导通，uCr被箝位于零，iLr线性衰减，直到t5时刻，iLr=0。由于这一时段S两端电压为零，所以必须在这一时段使开关S开通，才不会产生开通损耗。 t5~t6时段：S为通态，iLr线性上升，直到t6时刻，iLr=IL，VD关断。 t6~t0时段：S为通态，VD为断态。 零电压开关准谐振电路 谐振过程定量分析 uCr（即开关S的电压uS）的表达式： uCr的谐振峰值表达式（即开关S承受的峰值电压）： 零电压开关准谐振电路实现软开关的条件： 缺点：谐振电压峰值将高于输入电压Ui的2倍，增加了对开关器件耐压的要求。 * 电力电子技术 * * 电力电子技术 * 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。 开关过程中电压和电流均不为零，出现了重叠。 电压、电流变化很快，波形出现明显过冲，导致开关噪声。 t 0 a）硬开关的开通过程 b）硬开关的关断过程 u i P 0 u i t u u i i P 0 0 在原电路中增加了小电感、电容等谐振元件，在开关过程前后引入谐振，消除电压、电流的重叠。 降低开关损耗和开关噪声。 u i P 0 u i t t 0 u i P 0 u i t t 0 a）软开关的开通过程 b）软开关的关断过程 有时不指出是开通或是关断，仅称零电压开关和零电流开关。 靠电路中的谐振来实现零电压开通和零电流关断。 简单的利用并联电容实现零电压关断和利用串联电感实现零电流开通一般会给电路造成总损耗增加、关断过电压增大等负面影响，因此是得不偿失的。 软开关电路存在的问题 可靠性： 为实现软开关，目前的普遍做法是在电路中附加无源或有源电路，增加了电路的复杂程度，并将全控型无换流电路的优点丧失。 效率和EMI问题： 对软开关电路的效率和EMI水平进行比较实验研究的结果表明，软开关电路的实际效率和EMI水平与期望值差别较大，原因是主电路器件由于软开关所减少的开关损耗中，一部分被附加电路产生的各种损耗所抵消；与此相仿，尽管主电路器件的电压和电流变化率明显下降，与之对应的EMI也相应减低，但由于附加电路的谐振频率远高于PWM的载波频率，附加电路会产生大量的噪声，这一点在软开关电路的研究中常被忽视。 零电压开关准谐振电路原理图 零电压开关准谐振电路在t1～t2时段等效电路