第7章+软开关技术.ppt

教学目的，学习重点和难点，谐振开关过程，第7章PWM控制技术，理解软开关的基本概念理解软开关分类的典型软开关电路，第7章软开关技术， 引言7.1软开关基本概念7.2软开关电路分类7.3典型软开关电路本章总结，第7章软开关技术引言，对现代电力电子装置发展趋势的小型化、轻量化、效率和电磁兼容性也有较高要求。 电力电子装置的高频化滤波器、变压器的体积和重量减少，电力电子装置小型化、轻量化。 开关损耗增加，电路效率降低，电磁干扰增大。 软开关技术利用以谐振为主的辅助换流手段，降低开关损耗和开关噪声。 进一步提高开关频率。 7.1软开关的基本概念，7.1.1硬开关和软开关7.1.2零电压开关和零电流开关，7.1.1硬开关和软开关，硬开关：开关中出现电压和电流非零重叠。 电压、电流变化快，波形明显过冲，引起开关噪声。 硬交换过程中会产生交换损失和交换干扰。 开关损耗随着开关频率的改进而增大，降低电路效率，且开关频率的改进的开关噪声引起电路严重的电磁干扰，从而影响电路的正常操作。 t、图7-1硬开关的开关过程、软开关：在原电路中增加小电感、电容等谐振元件，构成辅助换流网络，在开关过程前后引入谐振，消除了电压、电流的叠加。 降低开关损耗和开关噪声。 7.1.1硬开关和软开关、7.1.2零电压开关和零电流开关、零电压导通开关导通之前，两端电压为零导通时不会产生损耗和噪声。 如果零在零电流切断开关被关断之前被关断，则没有损耗或噪声。 零电压断开和开关并联连接的电容器可以延迟开关断开后的电压上升速度，降低断开损耗。 零电流导通和开关串联的电感延迟了开关导通后电流上升的速度，降低了导通损耗。 如果未指定接通或断开，则仅称为零电压开关和零电流开关。 用电路中的共振来实现。 而且，7.2软开关电路的分类根据开关元件的导通和截止时的电压电流状态，分为零电压电路和零电流电路两类。 随着软开关技术的发展历程，软开关电路可分为伪谐振电路、零开关PWM电路和零开关PWM电路。 各软开关电路可用于降压型、升压型等不同电路，可从基本开关单元导出具体电路。 图7-3基本开关单元的概念，a )基本开关单元，b )降压斩波器的基本开关单元，c )升压斩波器的基本开关单元，d )升压斩波器的基本开关单元，7.2软开关电路的分类，1 )基准谐振电路-基准谐振电路的最初出现的软开关电路。 特征：谐振电压峰值高，设备击穿电压必须提高的谐振电流有效值大，电路中多存在无功功率交换，电路导通损耗增大的谐振周期随输入电压、负载的变化而变化，因此电路采用脉冲频率调制(pulsefrequencymodulationpulsefrequencymodulation ) 分别介绍了3种软开关电路、7.2软开关电路的分类，分为逆变器谐振直流链路(ResonantDCLink )。 7.2软开关电路分类；2 )零开关PWM电路引入辅助开关以控制谐振的开始时间，并且仅在开关过程之前和之后产生谐振。 零开关PWM电路的特征在于，电流和电压基本为方波，上升沿和下降沿缓慢，开关所接受的电压显着降低，电路采用开关频率恒定的PWM控制方式。 而且，7.2软开关电路的分类；3 )零开关PWM电路用辅助开关控制谐振的开始定时，而谐振电路与主开关并联。 零变换PWM电路的特征在于，在宽输入电压范围和从零负载到满载的软开关状态下工作。最大限度地减少了电路中无功功率的交换，进一步提高了电路效率。 7.2软开关电路分类，7.3典型的软开关电路，7.3.1零电压开关参考谐振电路，7.3.2谐振直流环路，7.3.3移相全桥零电压开关PWM电路，7.3.4零电压转换PWM电路，7.3.1零电压开关参考谐振电路，1 ) 如果电感器l和电容器c大，则电流源和电压源等效，可以忽略电路中的损失。 此外，图7-7零电压开关基准谐振电路的电路图、选择开关s被断开的时刻成为解析的起点。 t0t1期间： t0为止，在开关s导通、二极管VD截止、uCr=0、iLr=IL、t0时刻s截止，与此并联的电容器Cr截止后的电压上升缓慢，因此s的截止损失变小。 s关闭后，VD仍未打开。 电感器Lr L被充电到Cr，uCr线性上升的同时，VD的两端电压uVD逐渐下降，在t1时刻uVD=0，VD导通。 该期间uCr上升率：2 )工作原理，7.3.1零电压开关基准谐振电路，t1t2期间： t1时刻二极管VD导通，电感l通过VD回流，Cr、Lr、Ui形成谐振电路。 在t2时刻，iLr下降到零，uCr达到了共振峰值。 t2t3期间： t2时刻后，Cr向Lr放电，到t3时刻uCr=Ui，iLr达到反谐振峰。 t3t4期间： t3时刻以后，Lr逆充电至Cr，uCr在t4时刻持续下降直至uCr=0. 另外，t1t2期间的等效电路，u，7.3.1零电压开关基准谐振电路，t4t5期间： uCr被钳制在零，iLr线性衰减，直至t5时刻为止，iLr=0。 此时，开关s的两端的电压为零，所以在这时必须导通s以避免导通损失。 t5t6期间： s为导通，iLr线性上升，到t6时刻为止iLr=IL，VD截止。 t6t0期间： s为on，VD为off。 缺点：谐振电压峰值变为输入电压Ui的2倍以上，开关器件对耐压的要求增加。 7.3.1零电压开关基准谐振电路、7.3.3移相全桥型零电压开关PWM电路、移相全桥电路是目前应用最广泛的软开关电路之一，其特征在于电路简单。 与硬开关的全桥电路相比，只增加了一个谐振电感，四个开关都在零电压下导通。 (1)移相全桥电路控制方式特征：在开关周期TS内，各开关的导通时间比TS/2稍小，截止时间比TS/2稍大的相同一半桥中的两个开关未同时成为导通状态，所以一个开关截止后另外一个开关相互对角的2组开关S1-S4和S2-S3、S1的波形比S4超前0TS/2小时，与此相对，S2的波形比S3超前0TS/2小时，因此称为超前了S1和S2的臂，称为延迟了S3和S4的臂。 7.3.3移相全桥型零电压开关PWM电路，2 )动作过程：图7-16移相全桥电路的t0t1阶段的等效电路，t0t1期间： S1和S4导通，t1时刻S1截止。 t1t2期间：在t1时刻，当开关S1断开时，电容器Cs1、Cs2和电感Lr、l构成谐振电路，VDS2被导通，直至uA=0，电流iLr在VDS2中回流。 t2t3期间：在t2时刻，开关S2导通，此时反并联二极管VDS2导通，因此S2在零电压下导通。 7.3.3移相全桥型零电压开关PWM电路、7.3.3移相全桥型零电压开关PWM电路、t3t4期间： t3的时刻开关S4截止之后，变压器二次侧VD1和VD2同时导通，变压器一次侧和二次侧的电压都为零，相当于短路Lr的电流逐渐减少，b点的电压上升到S3的反并联二极管VDS3导通为止。 该状态维持到t4时刻S3。 因此