软开关技术课程课件

第7章软开关技术

引言

7.1软开关的基本概念

7.2软开关电路的分类

7.3典型的软开关电路

本章小结1第7章软开关技术•引言现代电力电子装置的发展趋势小型化、轻量化、对效率和电磁兼容性也有更高的要求。电力电子装置高频化滤波器、变压器体积和重量减小，电力电子装置小型化、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。27.1软开关的基本概念

硬开关和软开关

零电压开关和零电流开关37.1.1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。t0a）硬开关的开通过程b）硬开关的关断过程图7－1硬开关的开关过程uiP0uituuiiP0047.1.1硬开关和软开关软开关：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。uiP0uitt0uiP0uitt0a）软开关的开通过程b）软开关的关断过程图7－2软开关的开关过程57.1.2零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。当不指出是开通或是关断，仅称零电压开关和零电流开关。靠电路中的谐振来实现。67.僻2疮软开位关电记路的雨分类根据垫开关然元件涝开通榜和关碧断时丢电压赢电流凑状态锁，分户为零电秋压电半路和零电贩流电敌路两大纯类。根据亦软开俊关技仙术发聪展的裹历程文可以衔将软虽开关火电路断分成准谐瓶振电何路、零开明关PW经M电路和零转叙换PW溜M电路。每一构种软猎开关祸电路蜓都可汇以用洒于降阀压型息、升搬压型辫等不殃同电楼路，贞可以般从基本跃开关嫌单元导出降具体派电路。77.浇2虹软开储关电阅路的欺分类图7－害3基本亏开关裕单元片的概闭念a）兽基本干开关堡单元b）增降压阳斩波蜓器中践的基梦本开手关单婚元c）躺升压兄斩波测器中阴的基愚本开唇关单撒元d）俭升降玩压斩芳波器器中的乖基本武开关晚单元87.宴2哀软开懒关电晨路的变分类1）准谐蜻振电臭路准谐疤振电速路－准林谐振互电路腥中电微压或栋电流挨的波伏形为培正弦纳半波鄙，因聪此称均之为衰准谐休振。谢是最乡丰早出封现的乓软开棚关电岩路。特点：谐振乓电压表峰值员很高湖，要病求器糖件耐盾压必吉须提幅高；谐振葡电流音有效园值很灿大，益电路冠中存青在大穴量无度功功圣率的年交换墙，电类路导效通损敲耗加雷大；谐振放周期藏随输致入电纹压、饶负载陪变化蜻而改违变，跳因此富电路祸只能乒采用甘脉冲浇频率耐调制（Pu付ls零e欺Fr盛eq龙ue底nc总y净Mo酬du迈la载ti银on霸—P裳FM）方式穿来控小制。分别态介绍姻三类饼软开煎关电脖路97.峰2贫软开葱关电娃路的逆分类可分帮为：用于循逆变堆器的墙谐振摇直流赏环节鸡电路(R扯es泡on程an泄t龟DC词L嗽in恰k）。图7-4准谐振电路的基本开关单元c)零电压开关多谐振电路的基本开关单元电压开关多谐振电路(Zero-Voltage-SwitchingMulti-ResonantConverter—ZVSMRC）b)零电流开关准谐振电路的基本开关单元零电流开关准谐振电路(Zero-Current-SwitchingQuasi-ResonantConverter—ZCSQRC）a)零电压开关准谐振电路的基本开关单元零电压开关准谐振电路(Zero-Voltage-SwitchingQuasi-ResonantConverter—ZVSQRC）107.哪2腰软开颈关电拢路的络分类2）零开喘关PW便M电路引入货了辅蜓助开趟关来联控制逝谐振计的开钟始时虫刻，辞使谐惧振仅企发生缠于开惠关过船程前螺后。零开湖关PW江M电路苹可以遭分为福：特点蚀：电路询在很忆宽的奥输入申电压心范围男内和竖从零掌负载费到满鼠载都急能工垂作在圣软开卵关状涨态。电路灶中无笨功功危率的船交换宝被削曲减到谜最小毛，这贱使得世电路识效率战有了宰进一己步提蔑高。b)零电流开关PWM电路的基本开关单元图7－5零开关PWM电路的基本开关单元零电流开关PWM电路（Zero-Current-SwitchingPWMConverter—ZCSPWM）a)零电压开关PWM电路的基本开关单元零电压开关PWM电路（Zero-Voltage-SwitchingPWMConverter—ZVSPWM）117.银2昨软开胜关电避路的激分类3）零转夜换PW捉M电勾路采用疾辅助乞开关躁控制嫌谐振四的开谅始时帝刻，耻但谐裁振电炉路是茂与主胞开关币并联队的。零转苦换PW款M电路魄可以摔分为律：特点沟：电路龄在很境宽的现输入辟电压孟范围窃内和丸从零夏负载进到满龟载都剑能工活作在楼软开统关状成态。电路拜中无捞功功帝率的恼交换标被削莲减到之最小病，这纽奉使得器电路劳效率都有了瞧进一默步提高肾。b）零电流转换PWM电路的基本开关单元图7－6零转换PWM电路的基本开关单元零电流转换PWM电路（Zero-CurrentTransitionPWMConverter—ZVTPWM）a）零电压转换PWM电路的基本开关单元零电压转换PWM电路（Zero-Voltage-TransitionPWMConverter—ZVTPWM）127.腾3汗典蒙型的圈软开浑关电寒路7.趟3.朝1芳零电包压开趁关准烤谐振林电路7.命3.杯2痛谐振否直流猎环7.汇3.炉3酒移相破全桥理型零借电压清开关瞎PW枯M电蚀路7.味3.须4膨零彼电压彻转换胀PW罚M电激路137.起3.吴1拴零圈电压豆开关助准谐饶振电莲路1）电路显结构以降压型为例分析工作原理。假设电感L和电容C很大，可等效为电流源和电压源，并忽略电路中的损耗。图7-7

零电压开关准谐振电路原理图147.虚3.梁1昌零电弹压开错关准饲谐振何电路选择开关S关断时刻为分析的起点。t0~t1时段：t0之前，开关S为通态，二极管VD为断态，uCr=0，iLr=IL，t0时刻S关断，与其并联的电容Cr使S关断后电压上升减缓，因此S的关断损耗减小。S关断后，VD尚未导通。电感Lr+L向Cr充电，uCr线性上升，同时VD两端电压uVD逐渐下降，直到t1时刻，uVD=0，VD导通。这一时段uCr的上升率：2）工作粉原理t0~t1时段的等效电路SS(uCr)iSiLruVDt0t1t2t3t4t6t0tttttt5OOOOO图7-8零电压开关准谐振电路的理想波形图7-7

零电压开关准谐振电路原理图157.渔3.横1恢零电贞压开侨关准疼谐振斩电路t1~t2时段润：t1时刻涉二极策管VD导通梳，电附感L通过VD续流北，Cr、Lr、Ui形成夫谐振钥回路灵。t2时刻各，iLr下降蜂到零柳，uCr达到衫谐振间峰值夸。t2~t3时段彼：t2时刻社后，Cr向Lr放电植，直愚到t3时刻辰，uCr=Ui，iLr达到翼反向取谐振进峰值应。t3~t4时段郑：t3时刻到以后布，Lr向Cr反向伸充电谣，uCr继续南下降阳，直型到t4时刻uCr=0。t1~t2时段的等效电路uSS(uCr)iSiLruVDt0t1t2t3t4t6t0tttttt5OOOOO图7-8零电压开关准谐振电路的理想波形图7-7

零电压开关准谐振电路原理图167.希3.昆1稿零电沫压开肤关准诊谐振涨电路t4~t5时段候：uCr被箝忙位于目零，iLr线性捷衰减舍，直妙到t5时刻暖，iLr=0。由于酒此时剧开关S两端挺电压跃为零消，所寒以必相须在戚此时录开通S，才折不会贿产生订开通册损耗绘。t5~t6时段健：S为通饺态，iLr线性顷上升宫，直含到t6时刻唱，iLr=IL，VD关断灵。t6~t0时段扑：S为通焰态，VD为断启态。缺点：谐振喉电压影峰值蹦将高侮于输贺入电胞压Ui的2陶倍，辫增加然了对峡开关轮器件佛耐压帖的要出求。SS(uCr)iSiLruVDt0t1t2t3t4t6t0tttttt5OOOOO图7-8零电压开关准谐振电路的理想波形图7-7

零电压开关准谐振电路原理图177.庙3.蜂2猛谐振平直流争环谐振答直流都环电晃路应策用于镇交流-直流-交流惠变换熟电路横的中圣间直芬流环仓节（DC励-L议in句k）。通过胡在直制流环飘节中模引入劣谐振泉，使在电路畜中的洽整流骡或逆惜变环钳节工龟作在致软开布关的遥条件液下。1）电路叉结构图7-11谐振直流环电路原理图由于电压型逆变器的负载通常为感性，而且在谐振过程中逆变电路的开关状态是不变的，因此分析时可将电路等效。图7-12谐振直流环电路的等效电路

187.钉3.呼2伍谐振右直流届环t0t1t2t3t4t0iLruCrUinILttOO图7-13谐振直流环电路的理想化波形

图7-12谐振直流环电路的等效电路

t0~t1时段为：t0时刻器之前灾，开凑关S处于储通态脂，iLr>IL。t0时刻S关断质，电爸路中保发生梳谐振律。iLr对Cr充电尸，t1时刻咐，uCr=Ui。t1~t2时段恒：t1时刻绕，谐邻振电期流iLr达到被峰值颈。t1时刻邪以后绳，iLr继续鹊向Cr充电耕，直午到t2时刻iLr=IL，uCr达到剂谐振剥峰值味。2）工作明原理197.暮3.振2雨谐振吓直流讲环t2~t3时段狮：uCr向Lr和L放电站，iLr降低唉，到山零后凝反向夜，直加到t3时刻uCr=Ui。t3~t4时段杏：t3时刻讨，iLr达到缺反向天谐振役峰值修，开坚始衰闪减，uCr继续什下降伶，t4时刻爷，uCr=0，S的反浆并联低二极耳管VDS导通良，uCr被箝进位于俊零。t4~t0时段距：S导通盗，电再流iLr线性岸上升赞，直加到t0时刻啊，S再次以关断社。t0t1t2t3t4t0iLruCrUinILttOO图7-13谐振直流环电路的理想化波形

图7-12谐振直流环电路的等效电路

电压垄谐振焦峰值涉很高东，增滑加了窝对开殃关器永件耐压的要蛾求。207.或3.喷3振移相费全桥蜜型零究电压遣开关甚PW哑M电扩路移相沟全桥木电路抗是目胁前应乘用最谋广泛大的软贡开关饼电路蛾之一妖，它浸的特点是电非路简康单。轰同硬京开关盗全桥医电路沃相比叉，仅裁增加忠了一夺个谐良振电屯感，骂就使托四个逆开关漏均为免零电确压开抬通。图7-14移相全桥零电压开关PWM电路217.击3.华3馆移相沾全桥浴型零惨电压需开关浊PW把M电夏路1）移相努全桥盈电路委控制买方式抱的特点：图7-14移相全桥零电压开关PWM电路S1S3S4S2uABuLriLruT1uRiVD1iVD2iLt0t1t2t3t4t5t6t7t8t9t0t9t8ttttttttttttOOOOOOOOOOOO图7-15移相全桥电路的理想化波形在开怖关周摸期TS内，法每个阁开关挑导通街时间票都略男小于TS/2，而关疾断时堵间都旅略大群于TS/2；同一侄半桥戚中两怪个开哈关不忍同时仆处于邀通态钩，每蹲个开咬关关蛮断到予另一难个开脱关开舟通都扯要经览过一钓定的余死区澡时间杆。227.浓3.励3错移相网全桥高型零痕电压胀开关漏PW孔M电孙路互为露对角赢的两淡对开山关S1-S4和S2-S3，S1的波己形比杨S4超前趟0~TS/2贪时间生，而饭S2的波揪形比扒S3超前纽奉0~TS/2觉时间董，因迅此称柴S1和S2为超舞前的鞭桥臂细，而惩称S3和S4为滞榜后的洲桥臂变。图7-14移相全桥零电压开关PWM电路S1S3S4S2uABuLriLruT1uRiVD1iVD2iLt0t1t2t3t4t5t6t7t8t9t0t9t8ttttttttttttOOOOOOOOOOOO图7-15移相全桥电路的理想化波形237.杀3.依3乖移相问全桥易型零篮电压遵开关舌PW粱M电砖路2）工作兰过程峰：图7-16移相全桥电路在t0~t1阶段的等效电路S1S3S4S2uABuLriLruT1uRiVD1iVD2iLt0t1t2t3t4t5t6t7t8t9t0t9t8ttttttttttttOOOOOOOOOOOO图7-15移相全桥电路的理想化波形t0~t1时段易：S1与S4导通穴，直银到t1时刻S1关断胀。t1~t2时段刊：t1时刻书开关S1关断心后，染电容Cs1、Cs2与电鸽感Lr、L构成设谐振轻回路筛，uA不断任下降缸，直屋到uA=0，VDS2导通吓，电投流iLr通过VDS2续流纹。t2~t3时段恢：t2时刻射开关S2开通债，由谊于此洲时其加反并看联二程极管VDS2正处直于导突通状查态，眯因此S2为零活电压联开通秒。24t3~t4时段预：t3时刻湿开关贼S4关断蚊后，级变压购器二嫂次侧就VD1和V转D2同时届导通娘，变否压器倾一次仔侧和做二次注侧电杯压均钱为零竟，相缠当于营短路作，因芦此Cs3、Cs4与Lr构成穿谐振扒回路悬。Lr的电牢流不辅断减扣小，B点电优压不标断上秒升，轻直到漆S3的反抄并联偿二极隶管V冰DS3导通院。这埋种状序态维熊持到t4时刻尿S3开通踪蝶。因唱此S3为零惰电压粱开通斜。7.饰3.荒3块移相咸全桥驶型零屋电压屑开关跪PW浅M电部路图7-17移相全桥电路在t3~t4阶段的等效电路S1S3S4S2uABuLriLruT1uRiVD1iVD2iLt0t1t2t3t4t5t6t7t8t9t0t9t8ttttttttttttOOOOOOOOOOOO图7-15移相全桥电路的理想化波形25t4~t5时段带：S3开通曲后，Lr的电体流继淡续减栏小。iLr下降绿到零势后反梳向增移大，t5时刻iLr=IL/kT，变责压器孟二次神侧V河D1的电搞流下现降到乱零而仿关断平，电忽流IL全部盯转移窗到V佛D2中。t0~t5是开胆关周校期的素一半朗，另拆一半绘工作夜过程社完全抹对称挪。7.假3.亦3俗移相眨全桥买型零党电压川开关相PW外M电燃路图7-14移相全桥零电压开关PWM电路S1S3S4S2uABuLriLruT1uRiVD1iVD2iLt0t1t2t3t4t5t6t7t8t9t0t9t8ttttttttttttOOOOOOOOOOOO图7-15移相全桥电路的理想化波形267.院3.伏4体零包电压默转换批PW讲M电斥路1）工作唯过程鸭：辅助丘开关痒S1超前棍于主争开关影S开指通，疼S开未通后谦S1关断概。t0~t1时段骡：，湿S1导通靠，V标D尚趋处于汪通态国，电凝感Lr两端破电压遥为Uo，电摩流iLr线性涝增长带，亏VD康中的名电流紫以同匙样的肃速率长下降风。t1时刻水，iLr=IL，V燥D中抬电流词下降使到零姓，关盾断。图7雨-1彼9图7岛-1捷8辞升租压型垫零电剂压转答换P至WM猫电路奋的原虑理图SS1uSiLriS1uS1iDiSILt0t1t2t3t4t5ttttttttOOOOOOOO图7-19升压型零电压转换PWM电路的理想化波形零电绘压转武换PW迈M电路惭具有舟电路扛简单杯、效考率高接等优扎点。277.普3.刷4杠零淘电压责转换城PW碧M电葛路t1~t2时段茶：Lr与Cr构成脏谐振垦回路满，Lr的电暖流增群加而Cr的电途压下逝降，t2时刻uCr=0线，摇VDS导通定，uCr被箝夸位于裂零，衰而电老流iLr保持姻不变灰。t2~t3时段漠：uCr被箝畜位于疯零，付而电醒流iLr保持锻不变氏，这为种状若态一马直保像持到t3时刻区S开忆通、鱼S1关断涛。图7-20

升压型零电压转换PWM电路在t1~t2时段的等效电路图7择-1牢8驶升孟压型佩零电册压转昼换P撒WM者电路袄的原范理图SS1uSiLriS1uS1iDiSILt0t1t2t3t4t5ttttttttOOOOOOOO图7-19