第七章软开关技术及其应用

第7章软开关技术及其应用,7.1概述,7.1.1常规脉宽调制逆变器,所谓的硬开关转换或硬开关（Hard-Switchingtransformation），因而存在如下的缺点：开关损耗大，限制了开关元件的工作频率方波工作方式，产生较大的电磁干扰，电路存在着较大的动态电压、电流应力在开关过程中，要求开关元件有较大的安全工作区桥式电路拓扑，存在着上、下桥臂直通短路的问题,图7-1硬开关转换过程中的电压、电流波形和损耗,7.1.2软开关技术及其基本思想,这种所谓的软开关转换其理论上开关损耗为零其软开关逆变器的优点如下：,1振式软开关转换无开关损耗，工作频率高；2电磁干扰，开关转换过程中动态应力小；3电能转换效率高，无吸收电路，散热器小；4上下桥臂直通短路问题不存在了。在谐振直流环节的逆变器中，上下桥臂直通成了一种合理的工作状态。,谐振软开关电路中，零电压和零电流条件是由辅助的谐振电路所创造的。,(a)零电流型(b)零电压型图7-2谐振开关,零电流型开关（ZCT）,零电压型,7.2谐振直流环节逆变器,7.2.1谐振直流环节的基本原理,（a）一般电路（b）等效电路图7-3谐振直流环节逆变器,（一）无损耗的谐振槽电路,图7-4无损耗的谐振槽,（二）有损耗的谐振槽路,图7-6有损耗的谐振槽路,图7-7衰减振荡波形,（三）开关的作用,图7-8补充损耗的谐振槽路,7.2.2谐振直流环节逆变器电路分析,图7-9一个谐振周期中的等效电路,（一）S1开通补充能量阶段,图7-10补充能量阶段等效电路,图7-11补充能量的电压电流波形,（二）L、C谐振阶段,图7-12谐振阶段的等效电路,图7-13谐振阶段的电压电流波形,（三）VD1导通箝位阶段,图7-14VD1导通箝位阶段等效电路,7.3极谐振型逆变器,谐振型软开关逆变器大致上可分为两类，一类称为DC环节谐振型逆变器，它的特点是在原先硬开关电压源逆变器的逆变桥与直流电压源之前加入一个辅助谐振电路，使DC环节电压产生谐振，周期性的为后面逆变桥开关提供零电压间隔。另一类称为极谐振型逆变器，这一类逆变器的共同特点是，辅助谐振电路从逆变桥之前移到了逆变桥之后。,图7-15ADRPI原理电路,7.3.1ADRPI无负载时的工作原理,图7-16ADRPI无负载时的工作波形,7.3.2ADRPI有负载电流时的工作原理,负载电流I00的工作过程分析,图7-17ADRPI工作过程的等效电路,时间段：,时间段：,时间段：,时间段：,图7-18ADRPI负载时的电压电流波形,负载电流I00的工作过程分析,图7-19I00时，考虑C1、C2影响的等效电路,图7-21I00时，考虑C1、C2影响的等效电路,为了保证开关器件VT1和VT2实现零电压或零电流软开关操作的可靠性，必须要保证开关转换瞬间电容电压一定要过零。为此零电压操作必须要检测电容电压，只有电容电压过零的时刻才送并联开关的开通驱动信号，其逻辑电路如图7-22所示。,图7-22实现零电压转换的电容电压检测,7.3.4电路参数研究,图7-23极小输出时电压电流波形,1.极谐振逆变器的最小输出电压与PWM的频率成正比，越高最小输出电压也就越高，但是由于中包含有死区时间，因此最低输出电压不能小，即不能小2.最高输出电压与成反比，当达到最高极限时，,即；,3.系统的PWM工作频率不能取高，因为工作频率高造成输出电压下降和输出电压的变化范围缩小4。谐振频率成正比，但由于有死区时间的限制，不能高即不能高。最高的输出频率=,7.3.5ADRPI的应用电路,图7-24单相交流电路拓扑,图7-25ADRPI三相交流电路拓扑,7-4移相控制软开关PWM变换器（Phase-ShiftedSoft-TransformationPWMConverter）,7.4.1零电压转换的电路拓扑及工作过程,图7-26全桥变换器主电路,1.超前桥臂VT1的关断过程,2.Vd2,VT4同时导通的续流阶段,3.滞后桥臂VT4关断的谐振过程,4.VT3VT2同时导通，负半周传送功率阶段,5.超前桥臂VT2开关关断过程,图7-28T2关断时C1C2恒流充放电过程,6.VDrVT3同时导通的续流阶段,7.VT3关断，C3,C4,Lr的谐振充放电过程,8.VT1VT4同时导通，正半周传输功率阶段,7.4.2副方二极管换流和导通比丢失问题,图7-30二极管换流过程,从工作过程分析可以看出，对于超前桥臂开关实现零电压转换是很容易的，因为超前桥臂开关转换时，变压器副方的影响是有助于实现零电压转换的，这时副方滤波电感折算到原方，即副方负载电流也折算到原方，使之转换时C1C2的谐振充放电过程变成了恒流充放电过程。而滞后桥臂VT3VT4转换时，由于副方二极管换流，变压器副方通过二