8 软开关.ppt

8.软开关技术 8.1.硬开关和软开关 8.1.1.开关高频化的好处 U=4.44fNΦ=4.44fNBS f高、NBS小！f高、L小（X=ωL） 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。但 开关损耗增加，电磁干扰增大。 软开关技术的发展： 降低开关损耗和开关噪声。 进一步提高开关频率。 8.1.2.硬开关存在的问题 前述功率开关器件是在开通和关断时，电压、电流波形有交叠，致使器件的开通损耗和关断损耗随开关频率的提高而增加，通常将它称为“硬开关”。 此外，电路中存有感性元件（引线电感、变压器漏感等寄生电感或实体电感），当开关器件关断时，由于通过该感性元件的di/dt很大，感应出很高的尖峰电压加在开关器件两端，易造成电压击穿； 而当开关器件在很高的电压下开通时，储藏在开关器件结电容中的能量将全部耗散在该开关器件内，引起开关器件过热损坏； 对PWM变换器，由于二极管由导通变为截止的恢复期内仍处于导通状态，若立即开通与其串联的开关器件，容易造成直流电源瞬间短路，产生很大的冲击电流，开关频率愈高，这些间题愈益突出。  8.1.3.问题的解决的途径 如果能使开通过程电压先下降到零后，电流再缓慢升升到通态值；关断过程电流先下降到零，电压再缓但上升到断态值，则可使开通损耗和关断损耗均近似为零。 此外，因器件开通前电压已下降到零，器件结电容上的电压亦为零，故解决了容性开通问题；电压降为零意味着二极管已经截止，反向恢复过程结柬，反向恢复问题也不复存在；由于器件关断前电流已下降到零，即线路电感中电流亦为零，感性关断问题也得以解决。现在将这种能实现理想开通和关断过程的开关称为“软开关”（soft switch）。 8.2.软开关的种类 软开关中，在电流为零时进行切换的称作零电流开关（zero current switch,ZCS）；在电压为零时进行切换的称作零电压开关(zero voltage switch,ZVS). 而软开关包括软开通和软关断： 8.2.1.软开关开通 零电流开通； 零电压开通； 零电流、零电压开通 8.2.2.软开关关断 零电流关断； 零电压关断； 零电流、零电压关断。 上图分别是零电流开关和零电压开关的单元电路，根据谐振电容能否在两个极性方向上充电或放电，以及开关器件能否在两个方向上通过电流或承受反压，谐振开关分为全波（双向）型和半波（单向）型。 筒单的谐振开关只适合开关数量少的场合，如 DC→DC、单开关AC→DC变换器等。对DC→AC逆变器，通常采用谐振环，包括谐振直流环（RDCL）和谐振交流环（RACL）。 8.3. 软开关技术的实现 软开关中使电压或电流为零，目前均用储能元件L、C构成串联或并联谐振电路来实现，即利用L、C的谐振作用，形成正弦波电流或正弦波电压，在电流为零或电压为零时接通或断开开关，进行能量切换，从而消除开关过程中的电压电流重叠，所以软开关技术也称为谐振开关（resonnant switch，RS）技术。 8.3.1. 谐振型变换器 1）．全谐振变换器 有串联谐振变换器(幻灯片 25)和并联谐振变换器， 这类变换器实际上是负载变换器，在谐振变换中，谐振元件一直谐振工作，参与谐振工作的全过程。 2）． 准谐振变换器 准谐振电路中电压或电流的波形为正弦半波（一般正半波大于负半波）。可以分为： 零电流开关准谐振变换器； 零电压开关准谐振变换器。 零电压开关多谐振电路用于逆变器的谐振直流环节 3）．多谐振变换器 多谐振变换器和准谐振变换器一样，谐振元件参与能量变换的某一阶段，不是全程参与，但其谐振回路参数可以超过2个，如3个或更多。可以分为： 多谐振变换器一般实现零电压开关。 8.4.2. BOOST-PWM变换器 零电压转换PWM电路具有 电路简单、效率高等优点。 工作过程：辅助开关S1超前主开关S开通，S开通后S1关断。 t0~t1时段：，S1导通，VD尚处于通态，电感Lr两端电压为Uo，电流iLr线性增长， VD中的电流以同样的速率下降。t1时刻，iLr=IL，VD中电流下降到零，关断。 t1~t2时段：Lr与Cr构成谐振回路，Lr的电流增加而Cr的电压下降，t2时刻uCr=0， VDS导通，uCr被箝位于零，而电流iLr保持不变。 t2~t3时段：uCr被箝位于零，而电流iLr保持不变，这种状态一直保持到t3时刻S开通、S1关断。 t3~t4时段：t3时刻S开通时，为零电压开通。S开通的同时S1关断，Lr中的能量通过VD1向负载侧输送，其电流线性下降，主开关S中的电流线性上升。t4时刻iLr=0，VD1关断，主开关S中的电流iS=IL，电路进入正常导通状态。 t4~t5时段：t5时刻S关断。Cr限制了S电压的上升率，降低了S的关断损耗。 RS和RDCL利用LC谐振实现软开