合工大电力电子技术ppt课件

1、电 力 电 子 技 术Power Electronic Technology杜少武1 1、概述、概述2 2、软开关的根本概念、软开关的根本概念3 3、软开关电路的分类、软开关电路的分类4 4、典型的软开关电路、典型的软开关电路第七讲第七讲 软开关技术软开关技术 电力电子安装高频化电力电子安装高频化 滤波器、变压器体积和分量减小，电滤波器、变压器体积和分量减小，电力电子安装小型化、轻量化。力电子安装小型化、轻量化。 开关损耗添加，电磁干扰增大。开关损耗添加，电磁干扰增大。 软开关技术软开关技术 降低开关损耗和开关噪声。降低开关损耗和开关噪声。 进一步提高开关频率。进一步提高开关频率。 1 1、概

2、、概 述述1、概述、概述 1.1 功率电路的开关过程功率电路的开关过程 1.2 软开关的特征及分类软开关的特征及分类 2、准谐振软开关变换器、准谐振软开关变换器 2.1 零电压开关准谐振变换零电压开关准谐振变换器器 2.2 零电流开关准谐振变换零电流开关准谐振变换器器 3、PWM软开关变换器软开关变换器 3.1 零开关零开关PWM变换器变换器 3.2 零转换零转换PWM变换器变换器 3.3 FB PWM软开关变换器软开关变换器 软开关过程是经过电感软开关过程是经过电感L和电容和电容C的谐振，使的谐振，使开关器件中的电流或两端的电压按正弦开关器件中的电流或两端的电压按正弦或准正弦规律变化，当电流

3、过零时，使器件或准正弦规律变化，当电流过零时，使器件关断，或者当电压下降到零时，使器件导通。关断，或者当电压下降到零时，使器件导通。开关器件在零电压或零电流条件下导通或关开关器件在零电压或零电流条件下导通或关断，使器件的开关损耗在实际上为零。断，使器件的开关损耗在实际上为零。软开关技术的运用使电力电子变换器可以具软开关技术的运用使电力电子变换器可以具有更高的效率，功率密度和可靠性同时得到有更高的效率，功率密度和可靠性同时得到提高，并有效的减小电能变换安装引起的电提高，并有效的减小电能变换安装引起的电磁干扰和噪声等。磁干扰和噪声等。 1 1、概、概 述述1、概述、概述 1.1 功率电路的开关过程

4、功率电路的开关过程 1.2 软开关的特征及分类软开关的特征及分类 2、准谐振软开关变换器、准谐振软开关变换器 2.1 零电压开关准谐振变换零电压开关准谐振变换器器 2.2 零电流开关准谐振变换零电流开关准谐振变换器器 3、PWM软开关变换器软开关变换器 3.1 零开关零开关PWM变换器变换器 3.2 零转换零转换PWM变换器变换器 3.3 FB PWM软开关变换器软开关变换器 硬开关：硬开关： 开关的开通和关断过程伴随着电压和开关的开通和关断过程伴随着电压和电流的猛烈变化。电流的猛烈变化。 产生较大的开关损耗和开关噪声。产生较大的开关损耗和开关噪声。1.1 1.1 功率电路的开关过程功率电路的

5、开关过程iu00ptttoniu0ptt0toff1、概述、概述 1.1 功率电路的开关过程功率电路的开关过程 1.2 软开关的特征及分类软开关的特征及分类 2、准谐振软开关变换器、准谐振软开关变换器 2.1 零电压开关准谐振变换零电压开关准谐振变换器器 2.2 零电流开关准谐振变换零电流开关准谐振变换器器 3、PWM软开关变换器软开关变换器 3.1 零开关零开关PWM变换器变换器 3.2 零转换零转换PWM变换器变换器 3.3 FB PWM软开关变换器软开关变换器 1.1 1.1 功率电路的开关过程功率电路的开关过程 开通损耗：开经过程电流和电压有一个开通损耗：开经过程电流和电压有一个交 叠

6、 区 ， 产 生 损 耗 ， 称 为 开 通 损 耗交 叠 区 ， 产 生 损 耗 ， 称 为 开 通 损 耗Turn-on lossTurn-on loss，如以下图，如以下图(a)(a)所示。所示。 关断损耗：关断过程电流和电压有一个关断损耗：关断过程电流和电压有一个交 叠 区 ， 产 生 损 耗 ， 称 为 关 断 损 耗交 叠 区 ， 产 生 损 耗 ， 称 为 关 断 损 耗Turn-off lossTurn-off loss，如以下图，如以下图(b)(b)所示。所示。 1、概述、概述 1.1 功率电路的开关过程功率电路的开关过程 1.2 软开关的特征及分类软开关的特征及分类 2、准

7、谐振软开关变换器、准谐振软开关变换器 2.1 零电压开关准谐振变换零电压开关准谐振变换器器 2.2 零电流开关准谐振变换零电流开关准谐振变换器器 3、PWM软开关变换器软开关变换器 3.1 零开关零开关PWM变换器变换器 3.2 零转换零转换PWM变换器变换器 3.3 FB PWM软开关变换器软开关变换器 iu00ptttoniu0ptt0toff1.1 1.1 功率电路的开关过程功率电路的开关过程假设导通后流入功率管电流为IC，关断后功率管接受的电压为UC，导通时管压降忽略不计，那么导经过程功率管得电流、电压瞬时值i、u。开通损耗为： CCon0onCCon0on6)(1ononIfUtdt

8、ttUUttIfiudtTPtCtttIionCttUUuonCC开经过程： 1、概述、概述 1.1 功率电路的开关过程功率电路的开关过程 1.2 软开关的特征及分类软开关的特征及分类 2、准谐振软开关变换器、准谐振软开关变换器 2.1 零电压开关准谐振变换零电压开关准谐振变换器器 2.2 零电流开关准谐振变换零电流开关准谐振变换器器 3、PWM软开关变换器软开关变换器 3.1 零开关零开关PWM变换器变换器 3.2 零转换零转换PWM变换器变换器 3.3 FB PWM软开关变换器软开关变换器 iu0tton1.1 1.1 功率电路的开关过程功率电路的开关过程假设导通后流入功率管电流为IC，关

9、断后功率管接受的电压为UC，导通时管压降忽略不计，那么关断过程功率管得电流、电压瞬时值i、u。ttIIioffCCttUuoffC关断过程： CCoff0offCoffCC0off6)(1offoffIfUttdttUttIIfiudtTPtt关断损耗为：1、概述、概述 1.1 功率电路的开关过程功率电路的开关过程 1.2 软开关的特征及分类软开关的特征及分类 2、准谐振软开关变换器、准谐振软开关变换器 2.1 零电压开关准谐振变换零电压开关准谐振变换器器 2.2 零电流开关准谐振变换零电流开关准谐振变换器器 3、PWM软开关变换器软开关变换器 3.1 零开关零开关PWM变换器变换器 3.2

10、零转换零转换PWM变换器变换器 3.3 FB PWM软开关变换器软开关变换器 iu0ttoff1.1 1.1 功率电路的开关过程功率电路的开关过程那么一个开关周期的平均开通和关断损耗PS为：offonPPPSCCoffon6IfUtt除此之外，管子在关断期间输出电容储存的能量，在管子导通时，损耗在器件内部，在高的输入电压下，开通损耗是很大的，尤其当开关频率高到MHz量级时，电容放电引起的开通损耗占决议性要素。这部分损耗为： fCU2211、概述、概述 1.1 功率电路的开关过程功率电路的开关过程 1.2 软开关的特征及分类软开关的特征及分类 2、准谐振软开关变换器、准谐振软开关变换器 2.1

11、零电压开关准谐振变换零电压开关准谐振变换器器 2.2 零电流开关准谐振变换零电流开关准谐振变换器器 3、PWM软开关变换器软开关变换器 3.1 零开关零开关PWM变换器变换器 3.2 零转换零转换PWM变换器变换器 3.3 FB PWM软开关变换器软开关变换器 1.2 1.2 软开关的特征及分类软开关的特征及分类 软开关电路：软开关电路： 经过在原来的开关电路中添加很小的经过在原来的开关电路中添加很小的电感、电容等谐振元件，构成辅助换电感、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过流网络，在开关过程前后引入谐振过程，使开关开通前电压先降为零，或程，使开关开通前电压先降为零，或关

12、断前电流先降为零，就可以消除开关断前电流先降为零，就可以消除开关过程中电压、电流的重叠，降低它关过程中电压、电流的重叠，降低它们的变化率，从而大大减小甚至消除们的变化率，从而大大减小甚至消除开关损耗和开关噪声，称为软开关电开关损耗和开关噪声，称为软开关电路。路。ui00ptttonui00ptttoff1、概述、概述 1.1 功率电路的开关过程功率电路的开关过程 1.2 软开关的特征及分类软开关的特征及分类 2、准谐振软开关变换器、准谐振软开关变换器 2.1 零电压开关准谐振变换零电压开关准谐振变换器器 2.2 零电流开关准谐振变换零电流开关准谐振变换器器 3、PWM软开关变换器软开关变换器

13、3.1 零开关零开关PWM变换器变换器 3.2 零转换零转换PWM变换器变换器 3.3 FB PWM软开关变换器软开关变换器 1.2 1.2 软开关的特征及分类软开关的特征及分类 软开关：软开关： 具有如以下图所示的开关过程的开关具有如以下图所示的开关过程的开关称为软开关。称为软开关。 ui00ptttonui00ptttoff使开关开通前两端电压为零，这种开通方式称为零电压开通，简称零电压开关使开关关断前流过其电流为零，这种关断方式称为零电流关断，简称零电流开关。 1、概述、概述 1.1 功率电路的开关过程功率电路的开关过程 1.2 软开关的特征及分类软开关的特征及分类 2、准谐振软开关变换

14、器、准谐振软开关变换器 2.1 零电压开关准谐振变换零电压开关准谐振变换器器 2.2 零电流开关准谐振变换零电流开关准谐振变换器器 3、PWM软开关变换器软开关变换器 3.1 零开关零开关PWM变换器变换器 3.2 零转换零转换PWM变换器变换器 3.3 FB PWM软开关变换器软开关变换器 1.2 1.2 软开关的特征及分类软开关的特征及分类 软开关分为：软开关分为：零电压开关零电压开关零电流开关零电流开关软开关技术问世以来，阅历了不断的开软开关技术问世以来，阅历了不断的开展和完善，前后出现了许多种软开关电展和完善，前后出现了许多种软开关电路，新型的软开关拓扑仍不断的出现。路，新型的软开关拓

15、扑仍不断的出现。根据电路中主要的开关元件是零电压开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，软开关电路分为：通还是零电流关断，软开关电路分为：零电压电路零电压电路零电流电路零电流电路1、概述、概述 1.1 功率电路的开关过程功率电路的开关过程 1.2 软开关的特征及分类软开关的特征及分类 2、准谐振软开关变换器、准谐振软开关变换器 2.1 零电压开关准谐振变换零电压开关准谐振变换器器 2.2 零电流开关准谐振变换零电流开关准谐振变换器器 3、PWM软开关变换器软开关变换器 3.1 零开关零开关PWM变换器变换器 3.2 零转换零转换PWM变换器变换器 3.3 FB PWM软开关变换器

16、软开关变换器 1.2 1.2 软开关的特征及分类软开关的特征及分类 根据软开关技术开展的历程，可以将软开关电路分为 谐振型变换器 准谐振变换器 零开关PWM变换器 零转换PWM变换器 移相全桥 PWM软开关变换器1、概述、概述 1.1 功率电路的开关过程功率电路的开关过程 1.2 软开关的特征及分类软开关的特征及分类 2、准谐振软开关变换器、准谐振软开关变换器 2.1 零电压开关准谐振变换零电压开关准谐振变换器器 2.2 零电流开关准谐振变换零电流开关准谐振变换器器 3、PWM软开关变换器软开关变换器 3.1 零开关零开关PWM变换器变换器 3.2 零转换零转换PWM变换器变换器 3.3 FB

17、 PWM软开关变换器软开关变换器 准谐振软开关变换器准谐振电路准谐振软开关变换器准谐振电路 准谐振电路中电压或电流的波形为正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。弦半波，因此称之为准谐振。 为最早出现的软开关电路为最早出现的软开关电路 特点：特点： 谐振电压峰值很高，要求器件耐压必谐振电压峰值很高，要求器件耐压必需提高；需提高； 谐振电流有效值很大，电路中存在大谐振电流有效值很大，电路中存在大量无功功率的交换，电路导通损耗加量无功功率的交换，电路导通损耗加大；大； 谐振周期随输入电压、负载变化而改谐振周期随输入电压、负载变化而改动，因此电路只能采用脉冲频率调制动，因此电路只

18、能采用脉冲频率调制Pulse Frequency ModulationPFM方式来控制方式来控制2 2、准谐振软开关变换器、准谐振软开关变换器1、概述、概述 1.1 功率电路的开关过程功率电路的开关过程 1.2 软开关的特征及分类软开关的特征及分类 2、准谐振软开关变换器、准谐振软开关变换器 2.1 零电压开关准谐振变换零电压开关准谐振变换器器 2.2 零电流开关准谐振变换零电流开关准谐振变换器器 3、PWM软开关变换器软开关变换器 3.1 零开关零开关PWM变换器变换器 3.2 零转换零转换PWM变换器变换器 3.3 FB PWM软开关变换器软开关变换器 准谐振电路的根本开关单元准谐振电路的

19、根本开关单元2 2、准谐振软开关变换器、准谐振软开关变换器零电压准谐振开关零电流准谐振开关LLrCrVDSLLrCrVDS零电压多谐振开关LLrCr2VDSCr11、概述、概述 1.1 功率电路的开关过程功率电路的开关过程 1.2 软开关的特征及分类软开关的特征及分类 2、准谐振软开关变换器、准谐振软开关变换器 2.1 零电压开关准谐振变换零电压开关准谐振变换器器 2.2 零电流开关准谐振变换零电流开关准谐振变换器器 3、PWM软开关变换器软开关变换器 3.1 零开关零开关PWM变换器变换器 3.2 零转换零转换PWM变换器变换器 3.3 FB PWM软开关变换器软开关变换器 将Boost变换

20、器中的开关用准谐振零电压开关替代就构成了Boost型零电压开关准谐振变换器(ZVSQRC)，其简化电路如以下图所示。 2.1 2.1 零电压开关准谐振变换器零电压开关准谐振变换器UiSVDLCRUiCrSVDSLrVDLCR1、概述、概述 1.1 功率电路的开关过程功率电路的开关过程 1.2 软开关的特征及分类软开关的特征及分类 2、准谐振软开关变换器、准谐振软开关变换器 2.1 零电压开关准谐振变换零电压开关准谐振变换器器 2.2 零电流开关准谐振变换零电流开关准谐振变换器器 3、PWM软开关变换器软开关变换器 3.1 零开关零开关PWM变换器变换器 3.2 零转换零转换PWM变换器变换器

21、3.3 FB PWM软开关变换器软开关变换器 任务过程分析任务过程分析2.1 2.1 零电压开关准谐振变换器零电压开关准谐振变换器t0之前：开关S为通态，二极管VD为断态，uCr=0，iLr=ILSt00000uCriSiLrUiuVDt0t5t4t3t2t1t6ttttUiCrSVDSLrVDLCR1、概述、概述 1.1 功率电路的开关过程功率电路的开关过程 1.2 软开关的特征及分类软开关的特征及分类 2、准谐振软开关变换器、准谐振软开关变换器 2.1 零电压开关准谐振变换零电压开关准谐振变换器器 2.2 零电流开关准谐振变换零电流开关准谐振变换器器 3、PWM软开关变换器软开关变换器 3

22、.1 零开关零开关PWM变换器变换器 3.2 零转换零转换PWM变换器变换器 3.3 FB PWM软开关变换器软开关变换器 任务过程分析任务过程分析2.1 2.1 零电压开关准谐振变换器零电压开关准谐振变换器St00000uCriSiLrUiuVDt0t5t4t3t2t1t6ttttt0t1时段：时段： t0时辰时辰S关断，关断，S关断后，关断后，VD尚尚未导通。电感未导通。电感Lr+L向向Cr充电，充电， uCr线性上升，线性上升，同时同时VD两端电压两端电压uVD逐渐下降，直到逐渐下降，直到t1时辰，时辰，uVD=0。UiCrSVDSLrVDLCRrrCIdtduLC1、概述、概述 1.1

23、 功率电路的开关过程功率电路的开关过程 1.2 软开关的特征及分类软开关的特征及分类 2、准谐振软开关变换器、准谐振软开关变换器 2.1 零电压开关准谐振变换零电压开关准谐振变换器器 2.2 零电流开关准谐振变换零电流开关准谐振变换器器 3、PWM软开关变换器软开关变换器 3.1 零开关零开关PWM变换器变换器 3.2 零转换零转换PWM变换器变换器 3.3 FB PWM软开关变换器软开关变换器 UiSVDSLrVDLCR 任务过程分析任务过程分析2.1 2.1 零电压开关准谐振变换器零电压开关准谐振变换器t1t2时段：时段：t1时辰二极管时辰二极管VD导通，电感导通，电感L经经过过VD续流，

24、续流，Cr、Lr、Ui构成谐振回路。构成谐振回路。t2时时辰，辰，iLr下降到零，下降到零，uCr到达谐振峰值。到达谐振峰值。St00000uCriSiLrUiuVDt0t5t4t3t2t1t6ttttt2t3时段：时段：t2时辰后，时辰后，Cr向向Lr放电，直到放电，直到t3时辰，时辰，uCr=Ui，iLr到达反向谐振峰值。到达反向谐振峰值。t3t4时段：时段：t3时辰以后，时辰以后，Lr向向Cr反向充电，反向充电，uCr继续下降，直到继续下降，直到t4时辰时辰uCr=0。1、概述、概述 1.1 功率电路的开关过程功率电路的开关过程 1.2 软开关的特征及分类软开关的特征及分类 2、准谐振软

25、开关变换器、准谐振软开关变换器 2.1 零电压开关准谐振变换零电压开关准谐振变换器器 2.2 零电流开关准谐振变换零电流开关准谐振变换器器 3、PWM软开关变换器软开关变换器 3.1 零开关零开关PWM变换器变换器 3.2 零转换零转换PWM变换器变换器 3.3 FB PWM软开关变换器软开关变换器 UiSVDSLrVDLCR 任务过程分析任务过程分析2.1 2.1 零电压开关准谐振变换器零电压开关准谐振变换器 t1到t4时段电路谐振过程的方程为：St00000uCriSiLrUiuVDt0t5t4t3t2t1t6ttttrrrirrrddddLCCLituCUutiL,41rir11tttI

26、iUuLttLttC1、概述、概述 1.1 功率电路的开关过程功率电路的开关过程 1.2 软开关的特征及分类软开关的特征及分类 2、准谐振软开关变换器、准谐振软开关变换器 2.1 零电压开关准谐振变换零电压开关准谐振变换器器 2.2 零电流开关准谐振变换零电流开关准谐振变换器器 3、PWM软开关变换器软开关变换器 3.1 零开关零开关PWM变换器变换器 3.2 零转换零转换PWM变换器变换器 3.3 FB PWM软开关变换器软开关变换器 任务过程分析任务过程分析2.1 2.1 零电压开关准谐振变换器零电压开关准谐振变换器St00000uCriSiLrUiuVDt0t5t4t3t2t1t6ttt

27、tt4t5时段：时段：VDS导通，导通，uCr被箝位于零，被箝位于零，iLr线性衰减，直到线性衰减，直到t5时辰，时辰，iLr=0。由于这一时。由于这一时段段S两端电压为零，在这一时段使开关两端电压为零，在这一时段使开关S开通，开通，不产生开通损耗。不产生开通损耗。UiSVDSLrVDLCR1、概述、概述 1.1 功率电路的开关过程功率电路的开关过程 1.2 软开关的特征及分类软开关的特征及分类 2、准谐振软开关变换器、准谐振软开关变换器 2.1 零电压开关准谐振变换零电压开关准谐振变换器器 2.2 零电流开关准谐振变换零电流开关准谐振变换器器 3、PWM软开关变换器软开关变换器 3.1 零开

28、关零开关PWM变换器变换器 3.2 零转换零转换PWM变换器变换器 3.3 FB PWM软开关变换器软开关变换器 谐振过程定量分析谐振过程定量分析2.1 2.1 零电压开关准谐振变换器零电压开关准谐振变换器谐振过程谐振过程,1,)(sin)(41rrri1rrrrtttCLUttICLtuLCuCr的谐振峰值即开关S接受的峰值电压irrpUICLUL零电压开关准谐振电路实现软开关的条件：irrUICLL缺陷：谐振电压峰值将高于输入电压缺陷：谐振电压峰值将高于输入电压Ui的的2倍，添加了对开关器件耐压的要求。倍，添加了对开关器件耐压的要求。1、概述、概述 1.1 功率电路的开关过程功率电路的开关

29、过程 1.2 软开关的特征及分类软开关的特征及分类 2、准谐振软开关变换器、准谐振软开关变换器 2.1 零电压开关准谐振变换零电压开关准谐振变换器器 2.2 零电流开关准谐振变换零电流开关准谐振变换器器 3、PWM软开关变换器软开关变换器 3.1 零开关零开关PWM变换器变换器 3.2 零转换零转换PWM变换器变换器 3.3 FB PWM软开关变换器软开关变换器 谐振直流环节谐振直流环节2.1 2.1 零电压开关准谐振变换器零电压开关准谐振变换器逆变器的谐振直流环节也是属于零电压开关准谐振变换器，其电路拓扑和任务波形如以下图所示 。LrCrVDSVTSUi00t0t0t5t4t3t2t1tUi

30、uCrIoiLrt1、概述、概述 1.1 功率电路的开关过程功率电路的开关过程 1.2 软开关的特征及分类软开关的特征及分类 2、准谐振软开关变换器、准谐振软开关变换器 2.1 零电压开关准谐振变换零电压开关准谐振变换器器 2.2 零电流开关准谐振变换零电流开关准谐振变换器器 3、PWM软开关变换器软开关变换器 3.1 零开关零开关PWM变换器变换器 3.2 零转换零转换PWM变换器变换器 3.3 FB PWM软开关变换器软开关变换器 谐振直流环节谐振直流环节2.1 2.1 零电压开关准谐振变换器零电压开关准谐振变换器谐振阶段，谐振阶段，t0t1时段：时段： t0时辰之前，开关时辰之前，开关S

31、处于通态，处于通态，iLrIL，。，。t0时辰时辰VTS关断，电关断，电路中发生谐振。路中发生谐振。iLr对对Cr充电，充电，t1时辰，时辰，uCr=Ui。LrCrVDSVTSUi00t0t0t5t4t3t2t1tUiuCrIoiLrt谐振阶段，谐振阶段，t1t2时段：时段：t1时辰，谐振电流时辰，谐振电流iLr到达峰值。到达峰值。t1时辰以后，时辰以后，iLr继续向继续向Cr充电，充电，直到直到t2时辰时辰iLr=IL，uCr到达谐振峰值。到达谐振峰值。谐振阶段，谐振阶段，t2t3时段：时段： uCr向向Lr和和L放电，放电，iLr降低，到零后反向，直到降低，到零后反向，直到t3时辰时辰uC

32、r=Ui。谐振阶段，谐振阶段，t3t4时段：时段： t3时辰，时辰，iLr到达反到达反向谐振峰值，开场衰减，向谐振峰值，开场衰减，uCr继续下降，继续下降， t4时辰，时辰，uCr=0，VTS的反并联二极管的反并联二极管VDS导导通，通，uCr被箝位于零。被箝位于零。1、概述、概述 1.1 功率电路的开关过程功率电路的开关过程 1.2 软开关的特征及分类软开关的特征及分类 2、准谐振软开关变换器、准谐振软开关变换器 2.1 零电压开关准谐振变换零电压开关准谐振变换器器 2.2 零电流开关准谐振变换零电流开关准谐振变换器器 3、PWM软开关变换器软开关变换器 3.1 零开关零开关PWM变换器变换

33、器 3.2 零转换零转换PWM变换器变换器 3.3 FB PWM软开关变换器软开关变换器 谐振直流环节谐振直流环节2.1 2.1 零电压开关准谐振变换器零电压开关准谐振变换器电感充电阶段，电感充电阶段，t4t0t4t0时段：负载电流一部时段：负载电流一部分经分经VDSVDS续流，续流，iLriLr线性上升，线性上升，VTSVTS两端电压两端电压被箝位在零，在这段时间内开通被箝位在零，在这段时间内开通VTSVTS，VTSVTS零零电压开通，电流电压开通，电流iLriLr继续线性上升，继续线性上升，t5t5时辰，时辰，iLr = IoiLr = Io，直到，直到t0t0时辰，时辰，VTSVTS再次

34、关断。再次关断。LrCrVDSVTSUi00t0t0t5t4t3t2t1tUiuCrIoiLrt电感充电阶段，电感充电阶段，t4t0t4t0时段：时段：t4t0t4t0阶段，直阶段，直流母线电压被箝位成零，假设这时逆变桥内流母线电压被箝位成零，假设这时逆变桥内开关管换相，那么也是零电压开通或关断。开关管换相，那么也是零电压开通或关断。 缺陷：电压谐振峰值很高，添加了对开关缺陷：电压谐振峰值很高，添加了对开关器件耐压的要求。器件耐压的要求。1、概述、概述 1.1 功率电路的开关过程功率电路的开关过程 1.2 软开关的特征及分类软开关的特征及分类 2、准谐振软开关变换器、准谐振软开关变换器 2.1

35、 零电压开关准谐振变换零电压开关准谐振变换器器 2.2 零电流开关准谐振变换零电流开关准谐振变换器器 3、PWM软开关变换器软开关变换器 3.1 零开关零开关PWM变换器变换器 3.2 零转换零转换PWM变换器变换器 3.3 FB PWM软开关变换器软开关变换器 电路构成电路构成 2.2 2.2 零电流开关准谐振变换器零电流开关准谐振变换器 将Buck变换器中开关用准谐振零电流开关替代就构成了Buck型零电流开关准谐振变换器。 LrCrVDVDSVTSUiLCR0000t0t0t5t4t3t2t1t6uGuCruSiLrIoUitttt2Ui开关周期分为4个阶段，假定在开关VTS导通以前，负载

36、电流经二极管VD续流，电容Cr上电压箝位到零。 VDVDSVTSUiLCR1、概述、概述 1.1 功率电路的开关过程功率电路的开关过程 1.2 软开关的特征及分类软开关的特征及分类 2、准谐振软开关变换器、准谐振软开关变换器 2.1 零电压开关准谐振变换零电压开关准谐振变换器器 2.2 零电流开关准谐振变换零电流开关准谐振变换器器 3、PWM软开关变换器软开关变换器 3.1 零开关零开关PWM变换器变换器 3.2 零转换零转换PWM变换器变换器 3.3 FB PWM软开关变换器软开关变换器 任务过程分析任务过程分析 2.2 2.2 零电流开关准谐振变换器零电流开关准谐振变换器 第1阶段：t0

37、t1，电感充电阶段0000t0t0t5t4t3t2t1t6uGuCruSiLrIoUitttt2UiLrCrVDVDSVTSUiLCR1、概述、概述 1.1 功率电路的开关过程功率电路的开关过程 1.2 软开关的特征及分类软开关的特征及分类 2、准谐振软开关变换器、准谐振软开关变换器 2.1 零电压开关准谐振变换零电压开关准谐振变换器器 2.2 零电流开关准谐振变换零电流开关准谐振变换器器 3、PWM软开关变换器软开关变换器 3.1 零开关零开关PWM变换器变换器 3.2 零转换零转换PWM变换器变换器 3.3 FB PWM软开关变换器软开关变换器 任务过程分析任务过程分析 2.2 2.2 零

38、电流开关准谐振变换器零电流开关准谐振变换器 第2阶段：t1 t4，谐振阶段 LrCrVDVTSUiLCRVDS1、概述、概述 1.1 功率电路的开关过程功率电路的开关过程 1.2 软开关的特征及分类软开关的特征及分类 2、准谐振软开关变换器、准谐振软开关变换器 2.1 零电压开关准谐振变换零电压开关准谐振变换器器 2.2 零电流开关准谐振变换零电流开关准谐振变换器器 3、PWM软开关变换器软开关变换器 3.1 零开关零开关PWM变换器变换器 3.2 零转换零转换PWM变换器变换器 3.3 FB PWM软开关变换器软开关变换器 0000t0t0t5t4t3t2t1t6uGuCruSiLrIoUi

39、tttt2Ui 任务过程分析任务过程分析 2.2 2.2 零电流开关准谐振变换器零电流开关准谐振变换器 第3阶段：t4 t6，电容放电阶段 LrCrVDVTSUiLCRVDS1、概述、概述 1.1 功率电路的开关过程功率电路的开关过程 1.2 软开关的特征及分类软开关的特征及分类 2、准谐振软开关变换器、准谐振软开关变换器 2.1 零电压开关准谐振变换零电压开关准谐振变换器器 2.2 零电流开关准谐振变换零电流开关准谐振变换器器 3、PWM软开关变换器软开关变换器 3.1 零开关零开关PWM变换器变换器 3.2 零转换零转换PWM变换器变换器 3.3 FB PWM软开关变换器软开关变换器 00

40、00t0t0t5t4t3t2t1t6uGuCruSiLrIoUitttt2Ui 任务过程分析任务过程分析 2.2 2.2 零电流开关准谐振变换器零电流开关准谐振变换器 第4阶段：t6 t0，续流阶段 LrCrVDVTSUiLCRVDS1、概述、概述 1.1 功率电路的开关过程功率电路的开关过程 1.2 软开关的特征及分类软开关的特征及分类 2、准谐振软开关变换器、准谐振软开关变换器 2.1 零电压开关准谐振变换零电压开关准谐振变换器器 2.2 零电流开关准谐振变换零电流开关准谐振变换器器 3、PWM软开关变换器软开关变换器 3.1 零开关零开关PWM变换器变换器 3.2 零转换零转换PWM变换

41、器变换器 3.3 FB PWM软开关变换器软开关变换器 0000t0t0t5t4t3t2t1t6uGuCruSiLrIoUitttt2Ui 准谐振软开关变换器与准谐振软开关变换器与PWMPWM硬开关变换器硬开关变换器相比相比 具有许多明显的优点具有许多明显的优点 电路的开关损耗大大降低电路的开关损耗大大降低 电磁干扰电磁干扰(EMI)(EMI)大大减小大大减小 变换电路可以以更高的开关频率任务变换电路可以以更高的开关频率任务 相应变换器的功率密度可以大大提高相应变换器的功率密度可以大大提高 仍存在明显的缺乏仍存在明显的缺乏 器件能够接受过高的电压应力和电流应器件能够接受过高的电压应力和电流应力

42、力 准谐振软开关电路最主要的特点就是利准谐振软开关电路最主要的特点就是利用用PFMPFM调压，这使得电源的输入滤波器、调压，这使得电源的输入滤波器、输出滤波器的设计复杂化，并影响系统输出滤波器的设计复杂化，并影响系统的噪声。的噪声。 3 3、PWMPWM软开关变换器软开关变换器 1、概述、概述 1.1 功率电路的开关过程功率电路的开关过程 1.2 软开关的特征及分类软开关的特征及分类 2、准谐振软开关变换器、准谐振软开关变换器 2.1 零电压开关准谐振变换零电压开关准谐振变换器器 2.2 零电流开关准谐振变换零电流开关准谐振变换器器 3、PWM软开关变换器软开关变换器 3.1 零开关零开关PW

43、M变换器变换器 3.2 零转换零转换PWM变换器变换器 3.3 FB PWM软开关变换器软开关变换器 3 3、PWMPWM软开关变换器软开关变换器准谐振软开关变换器最主要的特点是利用PFM调压常规的PWM变换器开关频率恒定，当输入电压或负载变化时，通常靠调理开关的占空比来调理输出电压，控制方法简单假设将两种拓扑的优点组合在一同，就构成一种新的软开关电路拓扑PWM软开关变换器。PWM软开关变换器主要分为零开关PWM变换器、零转换PWM变换器和移相全桥软开关PWM变换器1、概述、概述 1.1 功率电路的开关过程功率电路的开关过程 1.2 软开关的特征及分类软开关的特征及分类 2、准谐振软开关变换器

44、、准谐振软开关变换器 2.1 零电压开关准谐振变换零电压开关准谐振变换器器 2.2 零电流开关准谐振变换零电流开关准谐振变换器器 3、PWM软开关变换器软开关变换器 3.1 零开关零开关PWM变换器变换器 3.2 零转换零转换PWM变换器变换器 3.3 FB PWM软开关变换器软开关变换器 3.1 3.1 零开关零开关PWMPWM变换器变换器 电路构成电路构成 BuckBuck型零电压准谐振变换器，开关管型零电压准谐振变换器，开关管VTVT一关断，一关断，LrLr与与CrCr就开场谐振，谐振就开场谐振，谐振结果使结果使CrCr两端的电压为零，并经过两端的电压为零，并经过VDSVDS续流使续流使

45、VTSVTSCrCr两端电压箝位成两端电压箝位成零，这时开通零，这时开通VTSVTS，那么，那么VTSVTS零电压开零电压开通。通。 St00000uCriSiLrUiuVDt0t5t4t3t2t1t6ttttVDSVTSLrCrCRUiLVD1、概述、概述 1.1 功率电路的开关过程功率电路的开关过程 1.2 软开关的特征及分类软开关的特征及分类 2、准谐振软开关变换器、准谐振软开关变换器 2.1 零电压开关准谐振变换零电压开关准谐振变换器器 2.2 零电流开关准谐振变换零电流开关准谐振变换器器 3、PWM软开关变换器软开关变换器 3.1 零开关零开关PWM变换器变换器 3.2 零转换零转换

46、PWM变换器变换器 3.3 FB PWM软开关变换器软开关变换器 3.1 3.1 零开关零开关PWMPWM变换器变换器 电路构成电路构成VDSVTSLrCrCRUiLVDS1S1000uGuCiLrUit0tt6t5t4t3t2t1ttt假设S1的关断时辰和VTS的开通时辰坚持不变，改动VTS的关断时辰，那么可以实现PWM控制。在ZVS准谐振变换器谐振电容上串接或在谐振电感上并接一个可控开关，就构成了零电压开关PWM变换器。 1、概述、概述 1.1 功率电路的开关过程功率电路的开关过程 1.2 软开关的特征及分类软开关的特征及分类 2、准谐振软开关变换器、准谐振软开关变换器 2.1 零电压开关

47、准谐振变换零电压开关准谐振变换器器 2.2 零电流开关准谐振变换零电流开关准谐振变换器器 3、PWM软开关变换器软开关变换器 3.1 零开关零开关PWM变换器变换器 3.2 零转换零转换PWM变换器变换器 3.3 FB PWM软开关变换器软开关变换器 3.1 3.1 零开关零开关PWMPWM变换器变换器 零开关零开关PWMPWM电路的根本开关单元电路的根本开关单元 零电压开关PWM电路的根本开关单元 SS1CrLrVDLSS1CrLrVDL零电流开关PWM电路的根本开关单元 SS1CrLrVDLSS1CrLrVDL1、概述、概述 1.1 功率电路的开关过程功率电路的开关过程 1.2 软开关的特

48、征及分类软开关的特征及分类 2、准谐振软开关变换器、准谐振软开关变换器 2.1 零电压开关准谐振变换零电压开关准谐振变换器器 2.2 零电流开关准谐振变换零电流开关准谐振变换器器 3、PWM软开关变换器软开关变换器 3.1 零开关零开关PWM变换器变换器 3.2 零转换零转换PWM变换器变换器 3.3 FB PWM软开关变换器软开关变换器 3.1 3.1 零开关零开关PWMPWM变换器变换器 Buck型型ZVS-PWM变换器变换器 VTSVDSVTS1VDCrLrUiLCR0000uSuS1uCriLrt0t6t5t4t3t2t1t7t8tttt以Buck型变换器为例，在谐振电感上并接一个可控

49、开关，前面曾经引见了。在谐振电容上串接一个可控开关那么构成如以下图所示的零电压开关PWM变换器。 1、概述、概述 1.1 功率电路的开关过程功率电路的开关过程 1.2 软开关的特征及分类软开关的特征及分类 2、准谐振软开关变换器、准谐振软开关变换器 2.1 零电压开关准谐振变换零电压开关准谐振变换器器 2.2 零电流开关准谐振变换零电流开关准谐振变换器器 3、PWM软开关变换器软开关变换器 3.1 零开关零开关PWM变换器变换器 3.2 零转换零转换PWM变换器变换器 3.3 FB PWM软开关变换器软开关变换器 3.1 3.1 零开关零开关PWMPWM变换器变换器 Buck型型ZVS-PWM

50、变换器变换器 Buck型ZVS-PWM变换器的一个任务周期分为7个阶段，设电路初始形状为主开关管VTS导通，辅助开关管VTS1关断，续流二极管VD关断，输出电流全部流过主开关管VTS调和振电感。 VTSVDSVTS1VDCrLrUiLCR0000uSuS1uCriLrt0t6t5t4t3t2t1t7t8tttt1、概述、概述 1.1 功率电路的开关过程功率电路的开关过程 1.2 软开关的特征及分类软开关的特征及分类 2、准谐振软开关变换器、准谐振软开关变换器 2.1 零电压开关准谐振变换零电压开关准谐振变换器器 2.2 零电流开关准谐振变换零电流开关准谐振变换器器 3、PWM软开关变换器软开关

51、变换器 3.1 零开关零开关PWM变换器变换器 3.2 零转换零转换PWM变换器变换器 3.3 FB PWM软开关变换器软开关变换器 3.1 3.1 零开关零开关PWMPWM变换器变换器第1阶段：t0t1，谐振电容充电阶段 t0时辰，开关管VTS关断，负载电流Io经过VTS1的本体二极管给电容Cr充电，Cr上的电压线性上升，在t1时辰，uCr到达Ui，iLr开场减小，二极管VD导通，进入第2阶段。 0000uSuS1uCriLrt0t6t5t4t3t2t1t7t8ttttVTSVDSVTS1VDCrLrUiLCR1、概述、概述 1.1 功率电路的开关过程功率电路的开关过程 1.2 软开关的特征

52、及分类软开关的特征及分类 2、准谐振软开关变换器、准谐振软开关变换器 2.1 零电压开关准谐振变换零电压开关准谐振变换器器 2.2 零电流开关准谐振变换零电流开关准谐振变换器器 3、PWM软开关变换器软开关变换器 3.1 零开关零开关PWM变换器变换器 3.2 零转换零转换PWM变换器变换器 3.3 FB PWM软开关变换器软开关变换器 VTSVDSVTS1VDCrLrUiLCR 3.1 3.1 零开关零开关PWMPWM变换器变换器第2阶段：t1t2，谐振电感放电阶段 t1时辰，二极管VD导通，负载电流一部分经VD续流，一部分经谐振电感给电容充电，电感电流iLr下降，t2时辰，iLr下降到零，

53、这时电容电压到达峰值第2阶段终了。 0000uSuS1uCriLrt0t6t5t4t3t2t1t7t8tttt1、概述、概述 1.1 功率电路的开关过程功率电路的开关过程 1.2 软开关的特征及分类软开关的特征及分类 2、准谐振软开关变换器、准谐振软开关变换器 2.1 零电压开关准谐振变换零电压开关准谐振变换器器 2.2 零电流开关准谐振变换零电流开关准谐振变换器器 3、PWM软开关变换器软开关变换器 3.1 零开关零开关PWM变换器变换器 3.2 零转换零转换PWM变换器变换器 3.3 FB PWM软开关变换器软开关变换器 3.1 3.1 零开关零开关PWMPWM变换器变换器第3阶段：t2t

54、3，负载电流续流阶段 t2时辰，iLr下降到零，uCr到达峰值，随后iLr维持零电流，uCr维持峰值电压，直到t3时辰VTS1导通，第3阶段终了。 0000uSuS1uCriLrt0t6t5t4t3t2t1t7t8ttttVTSVDSVTS1VDCrLrUiLCR1、概述、概述 1.1 功率电路的开关过程功率电路的开关过程 1.2 软开关的特征及分类软开关的特征及分类 2、准谐振软开关变换器、准谐振软开关变换器 2.1 零电压开关准谐振变换零电压开关准谐振变换器器 2.2 零电流开关准谐振变换零电流开关准谐振变换器器 3、PWM软开关变换器软开关变换器 3.1 零开关零开关PWM变换器变换器

55、3.2 零转换零转换PWM变换器变换器 3.3 FB PWM软开关变换器软开关变换器 3.1 3.1 零开关零开关PWMPWM变换器变换器第4阶段：t3t5，谐振阶段 t3时辰，VTS1导通，Lr，Cr开场谐振，uCr开场下降，iLr反向增大，t4时辰，uCr下降至Ui，iLr到达反向峰值；随后iLr反向减小，uCr继续下降，直至t5时辰，uCr下降到零，第4阶段终了。 0000uSuS1uCriLrt0t6t5t4t3t2t1t7t8ttttVTSVDSVTS1VDCrLrUiLCR1、概述、概述 1.1 功率电路的开关过程功率电路的开关过程 1.2 软开关的特征及分类软开关的特征及分类 2

56、、准谐振软开关变换器、准谐振软开关变换器 2.1 零电压开关准谐振变换零电压开关准谐振变换器器 2.2 零电流开关准谐振变换零电流开关准谐振变换器器 3、PWM软开关变换器软开关变换器 3.1 零开关零开关PWM变换器变换器 3.2 零转换零转换PWM变换器变换器 3.3 FB PWM软开关变换器软开关变换器 3.1 3.1 零开关零开关PWMPWM变换器变换器第5阶段：t5t6，iLr续流阶段 t5时辰，uCr下降到零，iLr经VDS续流，VTS两端电压uCr被箝在零电压，在这段期间开通VTS，VTS将零电压开通，t6时辰反向电流下降到零，VTS在零电压下开通。 0000uSuS1uCriL

57、rt0t6t5t4t3t2t1t7t8ttttVTSVDSVTS1VDCrLrUiLCR1、概述、概述 1.1 功率电路的开关过程功率电路的开关过程 1.2 软开关的特征及分类软开关的特征及分类 2、准谐振软开关变换器、准谐振软开关变换器 2.1 零电压开关准谐振变换零电压开关准谐振变换器器 2.2 零电流开关准谐振变换零电流开关准谐振变换器器 3、PWM软开关变换器软开关变换器 3.1 零开关零开关PWM变换器变换器 3.2 零转换零转换PWM变换器变换器 3.3 FB PWM软开关变换器软开关变换器 3.1 3.1 零开关零开关PWMPWM变换器变换器第6阶段：t6t7，谐振电感充电阶段

58、t6时辰，VTS在零电压下开通，接着流过其中的电流将线性增大，直到t7时辰，iLr到达Io，VD关断，第6阶段终了。 0000uSuS1uCriLrt0t6t5t4t3t2t1t7t8ttttVTSVDSVTS1VDCrLrUiLCR1、概述、概述 1.1 功率电路的开关过程功率电路的开关过程 1.2 软开关的特征及分类软开关的特征及分类 2、准谐振软开关变换器、准谐振软开关变换器 2.1 零电压开关准谐振变换零电压开关准谐振变换器器 2.2 零电流开关准谐振变换零电流开关准谐振变换器器 3、PWM软开关变换器软开关变换器 3.1 零开关零开关PWM变换器变换器 3.2 零转换零转换PWM变换

59、器变换器 3.3 FB PWM软开关变换器软开关变换器 3.1 3.1 零开关零开关PWMPWM变换器变换器0000uSuS1uCriLrt0t6t5t4t3t2t1t7t8ttttVTSVDSVTS1VDCrLrUiLCR第7阶段：t7t8，能量传送阶段 该阶段完成能量从输入到输出的传送义务，直到t8时辰VTS关断，进入下一个任务周期。 1、概述、概述 1.1 功率电路的开关过程功率电路的开关过程 1.2 软开关的特征及分类软开关的特征及分类 2、准谐振软开关变换器、准谐振软开关变换器 2.1 零电压开关准谐振变换零电压开关准谐振变换器器 2.2 零电流开关准谐振变换零电流开关准谐振变换器器

60、 3、PWM软开关变换器软开关变换器 3.1 零开关零开关PWM变换器变换器 3.2 零转换零转换PWM变换器变换器 3.3 FB PWM软开关变换器软开关变换器 3.2 3.2 零转换零转换PWMPWM变换器变换器 在准谐振变换器中，谐振电感调和振电容不断参与能量传送，而且它们的电压和电流应力较大。 在零开关PWM变换器中，谐振元件虽然不是不断谐振任务，但谐振电感却串联在主功率回路中，损耗较大。同时，开关管调和振元件的电压应力和电流应力与准谐振变换器的完全一样。 为了抑制这些缺陷，引入零转换PWM变换器(Zero Transition PWM Converter)的概念。1、概述、概述 1.