电力电子技术基础-第7章 软开关技术.pptx

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电力电子与电力传动

电力电子技术

第7章软开关技术

问题：家用220V交流电如何给不同负载供电？

开关电源

AC:220V

电力电子技术

节能化

安全化

标准化

便携化

电力电子技术

电力电子技术

哈尔滨理工大学电气与电子工程学院

电力电子技术课程讲座

第七章软开关技术

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。

软开关的基本概念

一

7.1软开关和硬开关

◆硬开关

●开关过程中电压、电流均不为零，出现了重叠

●电压、电流变化很快，波形出现明显的过冲，导致开关噪声

图1理想化降压型电路及波形

a）电路图b）理想化波形

图2硬开关过程中的电压与电流

a）关断过程b）开通过程

一

软开关的基本概念

◆软开关

●在原电路中加入了小电感、电容等谐振原件，在开关过程前后引入协振，消除电压、电流的重叠。

●降低开关损耗和开关噪声。

a）软开关的开通过程

b）软开关的关断过程

图3软开关过程中的电压与电流

软开关电路的分类

二

■软开关电路的分类

◆根据开关元件开通和关断时电压电流状态，分为零电压电路和零电流电路两大类。

◆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、零转换PWM电路。

二

零电压开关和零电流开关

■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的开通方式

■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的关断方式

■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，不在指出开通或关断，仅称零电压开关或零电流开关

软开关电路的分类

二

软开关电路的分类

7.2.1准谐振电路

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。

●准谐振电路可以分为：零电压开关准谐振电路、零电流开关准谐振电路、零电压多谐振电路、用于逆变器的谐振直环。

（a）零电压开关准谐振电路的基本开关单元

（b）零电流开关准谐振电路的基本开关单元

（c）零电压开关多谐振电路的基本开关单元

二

软开关电路的分类

7.2.2零开关PWM电路

电路中引入了辅助开关来控制谐振的开始时刻，使谐振仅发生于开关过程前后。

●零开关PWM电路可分为：零电压开关PWM电路、零电流开关PWM电路。

（a）零电压开关PWM电路的基本开关单元

（b）零电流开关PWM电路的基本开关单元

二

软开关电路的分类

7.2.3零转换PWM电路

采用辅助开关控制谐振的开始时刻，并且谐振电路与主开关并联。

●零转换PWM电路可以分为：零电压转换PWM电路、零电流转换PWM电路。

(a)零电压转换PWM电路的基本开关单元

(b)零电流转换PWM电路的基本开关单元

三

典型软开关电路

7.3零电压开关准谐振电路

◆工作原理

●假设电感和电容很大，可以等效为电流源和电压源，并忽略电路中的损耗

●S关断时，Cr限制S上电压的上升率，从而实现S的零电压关断。

●S导通之前，Lr和Cr协谐振工作使Cr的电压回到零时，才开通S，从而实现S的零电压开通

零电压开关准谐振电路原理图

零电压开关准谐振电路的理想波形