软开关技术课件.ppt

第8章软开关技术 引言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 现代电力电子装置的发展趋势小型化和轻量化对效率和电磁兼容性也有更高的要求 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和轻量化 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 8 1软开关的基本概念 8 1 1硬开关和软开关8 1 2零电压开关和零电流开关 8 1 1硬开关和软开关 硬开关 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 波形出现明显得过冲 导致开关噪声 图8 1硬开关的开关过程 软开关 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 图8 2软开关的开关过程 8 1 2零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 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 8 2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电路和零转换PWM电路 8 2软开关电路的分类 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 是最早出现的软开关电路 特点 谐振电压峰值很高 要求器件耐压必须提高 谐振电流有效值很大 电路中存在大量无功功率的交换 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 PulseFrequencyModulation PFM 方式来控制 分别介绍三类软开关电路 2 零开关PWM电路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 特点 电压和电流基本上是方波 只是上升沿和下降沿较缓 开关承受的电压明显降低 电路可用开关频率固定的PWM控制方式 3 零转换PWM电路采用辅助开关控制谐振的开始时刻 但谐振电路是与主开关并联的 特点 电路在很宽的输入电压范围内和从零负载到满载都能工作在软开关状态 电路中无功功率的交换被削减到最小 这使得电路效率有了进一步提高 8 3典型的软开关电路 8 3 1零电压开关准谐振电路8 3 2谐振直流环8 3 3移相全桥型零电压开关PWM电路8 3 4零电压转换PWM电路 高功率因数校正软开关AC DC变换主电路 零电压转换PWM电路 零电压转换PWM电路 零电压转换PWM电路波形图 零电压转换PWM电路一周期内各运行模式分析 零电压转换PWM电路各个阶段等效工作原理图 系统的总技术指标 输入电压 单相交流220 10 V输入频率 50Hz 60Hz输出电压 48V输出电流 20A电压调整率 2 纹波电压峰 峰值小于240mV效率大于90 功率因数大于98 开关频率 f 100kHz 零电压转换PWM电路技术指标 单相交流 220 10 V输入频率 50 60Hz输出电压 直流380V效率 大于95 功率因数 PF 99 开关频率 f 100kHz 零电压转换PWM电路参数设计 根据普通升压型 Boost 变换器计算下列参数1 升压电感设计L计算出L 470uH2 输出电容Co计算出Co 2200uF3 谐振电感设计Lr计算出Lr 8 3uH4 谐振电容Cr计算出Cr 479pF 为了验证零电压转换PWM电路元器件参数的正确性 在Pspice软件中进行了仿真分析 下图所示为零电压转换PWM电路的Pspice仿真模型图 根据前面的理论分析 最后的仿真及实验参数为 输入电压Vin为单相220V 升压电感L为470uH 谐振电感Lr为8 3uH 谐振电感Cr为479pF 输出滤波电容Co为2200uF 开关频率f为100kHz 零电压转换PWM电路在Pspice中的仿真分析 零电压转换PWM电路Pspice仿真模型 主开关管Tr和辅助开关管Tr1驱动波形图 主开关管Tr驱动波形 漏源电流波形和电压波形图 输入交流电压和交流波形图 输出电压和输出电流波形图 移相全桥零电压开关PWM电路理想工作波形图 移相全桥零电压开关电路设计技术指标 基本条件 电路形式 全桥移相变压器工作频率 100kHz变压器输入电压 380V输出电压 直流48V输出电流 20A整流电路形式 中心抽头全波整流 移相全桥零电压开关PWM电路参数设计 根据移相全桥零电压开关PWM电路计算下列参数1 变压器原和副边匝数比 计算出 32 62 输出滤波电感设计Lf计算出Lf 18 4uH3 输出滤波电容Co计算出Co 14 8uF4 谐振电感设计Lr计算出Lr 80uH 移相全桥零电压开关PWM电路