11.+开关电源的软开关技术.ppt

开关电源技术——tqzheng@ 软开关技术初步 * 开关电源的软开关技术初步 软开关技术初步 * Hard-switching（硬开关）process Time curves of BSM75GD120DN2 modules at 600V, 150A, 125oC, Rg = 3.3 W, 200 ns/ div. 开通过程 关断过程 软开关技术初步 * 实际电路中器件的Hard-switching（硬开关） 软开关技术初步 * 功率开关管的开关损耗(阴影部分) 软开关技术初步 * 硬开关的缺点 (Disadvantage) 1. 损耗大, 高频工作效率低; (发热) 3. 电磁干扰大. (di/dt 和dv/dt) 2. 器件允许的电流电压不能充分利用; (安全工作区) 软开关技术初步 * 硬开关的缺点 1. 损耗大, 高频工作效率低; (发热) IGBT模块工作时内部热分布 E G 4x IGBT 4x Diode 软开关技术初步 * 硬开关的缺点 2. 器件允许的电流电压不能充分利用; (安全工作区) iC vCE SOA(安全工作区)之一 on off on off SOA(安全工作区)之二 软开关技术初步 * 硬开关的缺点 3. 电磁干扰大. (di/dt 和dv/dt) 开通di/dt 关断dv/dt 软开关技术初步 * 软开关的波形 电磁干扰很小. (di/dt 和dv/dt) Soft Switching Waveforms Frequency Spectrum -60 0 1M 2M 3M 4M 5M 6M f(Hz) -40 -20 0 20 dB Current in the DC bus (A) 0 60 40 20 80 -20 0 40 80 120 160 200 t(?s) 软开关技术初步 * Soft-switching (软开关)概念图解 c b iC vbe vbe vce ic Ploss(on) Ploss(off)= 0 零电流开关 e vbe vce ic Ploss(on)= 0 Ploss(off) 零电压开关 软开关技术初步 * Soft-switching (软开关)概念 vce ic Ploss(on) Ploss(off)= 0 零电流开关 1. 零电流开关 在开关管开通时, 使其电流保持在零, 或限制电流的上升率,从而减少电流与电压的交叠区, 称零电流开通; 在开关管关断前, 使其电流减少到零,称零电流关断. vce ic Ploss(on)= 0 Ploss(off) 零电压开关 2. 零电压开关 在开关管关断时, 使其电压保持在零, 或限制电压的上升率,从而减少电流与电压的交叠区, 称零电压关断; 在开关管开通前, 使其电压下降到零,称零电压开通. 软开关技术初步 * Soft-switching (软开关)优点 2. 器件的电压电流可得到较好利用(安全工作区) on off SOA(安全工作区) 3. 电磁干扰小 0 40 80 120 160 200 (A) 0 60 40 20 80 -20 Soft switching Hard switching 1. 开关损耗减小, 可高频化 vce ic hard Soft-switching 软开关技术初步 * Soft-switching application ----- DC/DC converter 1. Space shuttle converter 2. Compatible equipment converter ---- Cellular phone ---- notebook computer ---- etc 软开关技术初步 * 软开关的实现方式(按增加的元器件来分) 二. 有源网络实现(增加元器件为电感L, 电容C, 二极管D, 辅助开关管Sa) ---- ZVS(零电压开关)\ZCS(零电流开关) PWM converter ---- ZVT(零电压转移)\ZCT(零电流转移) PWM converter 一. 无源网络实现 (增加元器件为电感L, 电容C, 二极管D) ---- 能量回馈式吸收电路 ---- 谐振式变换器\准谐振变换器\多谐振变换器 软开关技术初步 * 软开关的实现方式(按谐振方式来分) 四. Soft-switching PWM Converters ZC PWMS ZV PWM Zero Current Clamp Zero Current Transition Zero Voltage Clamp Zero Voltage Transition 三. Multi-Resonant