第8章 软开关技术.ppt

第8章软开关技术，简介8.1软开关的基本概念8.2软开关电路的分类8.3典型软开关电路概述本章，第8章软开关技术简介，现代电力电子器件小型化、轻量化的发展趋势，对效率和电磁兼容性的更高要求。电力电子装置的高频滤波器和变压器的体积和重量减小，并且电力电子装置小型化和轻量化。开关损耗增加，电磁干扰增加。软开关技术降低了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：在切换期间，电压和电流都不为零，并且发生重叠。电压和电流变化迅速，波形出现明显的过冲，导致开关噪声。开关损耗与开关频率之间存在线性关系，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不大，但随着开关频率的增加，开关损耗变得越来越显著。8.1.1硬开关和软开关、软开关：软开关电路中增加了谐振电感Lr和谐振电容Cr，Lr和Cr的值比滤波电感l和电容c的值小得多，开关s中增加了反并联二极管VDS，这在硬开关电路中是不需要的。在开关过程之前和之后引入谐振，以消除电压和电流的重叠。降低开关损耗和开关噪声。8.1.2、零电压开关和零电流开关，零电压开关在其两端电压为零前接通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或噪声。零电压关断与开关并联的电容器可以延迟开关关断后的电压上升速率，从而降低关断损耗。与零电流开关串联的电感可以延迟开关接通后的电流上升速率，并降低开关损耗。当没有指示它是开还是关时，它只被称为零电压开关和零电流开关。这是通过电路中的谐振实现的。8.3典型软开关电路，8.3.1零电压开关准谐振电路，8.3.2谐振DC环，8.3.3移相全桥零电压开关脉宽调制电路，8.3.4零电压开关脉宽调制电路，8.3.1零电压开关准谐振电路，1)电路结构，8.3.1零电压开关准谐振电路，选择器开关S的关断时间是分析的起点。从t0到t1:在t0之前，开关s处于导通状态，二极管VD处于关断状态，uCr=0，iLr=IL，s在t0时关断。与它并联的电容器Cr减缓了s关断后的电压上升，因此s的关断损耗减小。关闭后，虚拟显示器尚未打开。电感Lr 1对Cr充电，uCr线性上升，VD两端的电压uVD逐渐降低，直到t1，uVD=0，VD开启。这一周期的上升率：2)工作原理，T0-t1周期的等效电路，8.3.1零电压开关准谐振电路，T1-T2周期导通二极管VD，电感L通过VD、Cr、Lr、Ui续流形成谐振电路。t2时，iLr降至零，uCr达到共振峰值。T2-t3周期：铬在T2后放电至Lr，直到t3，uCr=Ui，iLr达到反向共振峰值。T3-t4期：T3后，Lr反向充电，uCr继续下降，直到t4的uCr=0。T1-T2周期的等效电路，u，8.3.1零电压开关准谐振电路，T4-t5周期：uCr箝位在零，iLr线性衰减，直到t5，iLr=0。由于此时开关S两端的电压为零，开关S必须在此时接通，以避免开关损耗。T5t6:开启，iLr线性上升至t6，iLr=IL，VD关闭。T6t0: s开启，VD关闭。缺点：谐振电压的峰值将比输入电压Ui高2倍，增加了对开关器件耐压的要求。8.3.3移相全桥零电压开关脉宽调制电路，移相全桥电路是目前应用最广泛的软开关电路之一，其特点是电路简单。与硬开关全桥电路相比，只增加了一个谐振电感，因此所有四个开关都在零电压下导通。图7-14移相全桥零电压开关脉宽调制电路，8.3.3移相全桥零电压开关脉宽调制电路，1)移相全桥电路控制方式的特点：在开关周期TS内，各开关的导通时间略小于TS/2，关断时间略大于TS/2；同一半桥中的两个开关不同时处于接通状态，在每个开关断开而另一个开关接通之前，必须经过一定的死区时间。8.3.3移相全桥零电压开关脉宽调制电路，两对相对的开关S1-S4和S2-S3，S1的波形比S4早0TS/2倍，S2的波形比S3早0TS/2倍，因此S1和S2称为超前桥臂，S3和S4称为滞后桥臂。8.3.3移相全桥零电压开关脉宽调制电路，2)工作过程：t0t1周期：S1和S4接通，直到S1在t1断开。T1t2周期：在T1开关S1断开后，电容Cs1和Cs2与电感Lr和L形成谐振电路。uA降低，直到uA=0，VDS2导通，电流iLr续流通过VDS2。T2t3周期：开关S2在T2接通。因为其反并联二极管VDS2此时处于导通状态，所以S2在零电压下导通。t3t4周期：在t3开关S4断开后，变压器的次级侧VD1和VD2同时接通，变压器的初级侧和次级侧的电压都为零，相当于短路。因此，Cs3、Cs4和Lr形成一个谐振电路。Lr的电流持续减小，B点的电压持续增加，直到S3的反并联二极管VDS3导通。这个状态一直持续到t4的S3时间。因此，S3在零电压下开启。8.3.3移相全桥零电压开关脉宽调制电路，t4t5周期：S3接通，Lr电流继续减小。当iLr降至零时，它反向增加。在时间t5，ILr=IL1/kT。变压器次级侧VD1的电流降至零并关闭。电流I1全部转移到VD2。T0t5是开关周期的一半，另一半在工作过程中完全对称。8.3.3移相全桥零电压开关脉宽调制电路，8.3.4零电压转换脉宽调制电路，1)工作过程：辅助开关S1在主开关S之前接通，S1在S接通之后断开。T0t1: S1导通，VD仍然导通，电感Lr两端的电压为Uo，电流iLr线性增加，VD中的电流以相同的速率减小。在时间t1，iLr=IL，VD中的电流降至零并关闭。图7-19和图7-18是升压型零电压转换PWM电路的示意图。零电压转换脉宽调制电路具有电路简单、效率高的优点。8.3.4零电压转换脉宽调制电路，t1t2周期：Lr和Cr形成谐振电路，Lr电流增加，Cr电压降低，在t2时uCr=0，VDS导通，uCr箝位为零，电流iLr保持不变。T2t3周期：uCr被箝位在零，而电流iLr保持不变，并且该状态保持开启，直到t3时间S被开启并且S1被关闭。图7-20升压型零电压转换PWM电路在t1-T2周期的等效电路，图7-18升压型零电压转换PWM电路示意图，8.3.4零电压转换PWM电路，t3-T4周期：当t3时间s为on时，零电压为on。当S接通而S1断开时，Lr中的能量通过VD1传递到负载侧，并且其电流线性减小，而主开关S中的电流线性增大。在时间t4，iLr=0，VD1关断，主开关S中的电流iS=IL，电路进入正常导通状态。T4t5周期：t5时间关闭。铬限制了硫电压的上升速度，降低了硫的关断损耗.图7-18升压零电压转换脉宽调制电路示意图。本章的重点是：1)软开关技术通过在电路中引入谐振改善了开关的开关条件，大大降低了硬开关电路中存在的开关损耗和开关