电力电子课件 - 西安交大 - 第8章 软开关技术.ppt

第8章 软开关技术 8.1 软开关的基本概念 8.2 软开关电路的分类 8.3 典型的软开关电路 8.4 软开关技术新进展 本章小结 */29 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。 */29 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 */29 8.1.1 硬开关与软开关 ■硬开关 ◆开关过程中电压、电流均不为零，出现了重叠，有显著的开关损耗。 ◆电压和电流变化的速度很快，波形出现了明显的过冲，从而产生了开关噪声。 ◆开关损耗与开关频率之间呈线性关系，因此当硬电路的工作频率不太高时，开关损耗占总损耗的比例并不大，但随着开关频率的提高，开关损耗就越来越显著。 图8-1 硬开关降压型电路及波形 a）电路图 b）理想化波形 t 0 u i P 0 u i t u u i i P 0 0 图8-2 硬开关过程中的电压和电流 a) 关断过程 b)开通过程 a) b) */29 8.1.1 硬开关与软开关 ■软开关 ◆软开关电路中增加了谐振电感Lr和谐振电容Cr，与滤波电感L、电容C相比，Lr和Cr的值小得多，同时开关S增加了反并联二极管VDS，而硬开关电路中不需要这个二极管。 ◆降压型零电压开关准谐振电路中，在开关过程前后引入谐振，使开关开通前电压先降到零，关断前电流先降到零，消除了开关过程中电压、电流的重叠，从而大大减小甚至消除开关损耗，同时，谐振过程限值了开关过程中电压和电流的变化率，这使得开关噪声也显著减小。 P u i 0 u i t t 0 u i P 0 u i t t 0 u u 图8-3 降压型零电压开关准谐振电路及波形 a）电路图 b）理想化波形 a) b) 图8-4 软开关过程中的电压和电流 a) 关断过程 b)开通过程 */29 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。 */29 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。 */29 8.2 软开关电路的分类 图 8-5 准谐振电路 a）零电压开关准谐振电路 b）零电流开关准谐振电路 c）零电压开关多谐振电路 ■准谐振电路 ◆分类 ?零电压开关准谐振电路（Zero-Voltage-Switching Quasi-Resonant Converter—ZVS QRC） ?零电流开关准谐振电路（Zero-Current-Switching Quasi-Resonant Converter—ZCS QRC） ?零电压开关多谐振电路（Zero-Voltage-Switching Multi-Resonant Converter—ZVS MRC） ?用于逆变器的谐振直流环节（Resonant DC Link） */29 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 Modul