新能源汽车功率电子基础（第2版）课件：开关过程

开关过程

目录3.1理想开关的开关过程

理想开关、感性负载、容性负载、RLC负载3.2续流与换流

功率二极管的续流、功率半导体器件的续流3.3硬开关的开关过程

硬开关、开通过程、关断过程3.4软开关的开关过程

软开关、ZCS、ZVS功率半导体开关回顾31、2器件作用导通关断典型不可控××二极管半控√×晶闸管全控√√MOSFET、IGBT（1）不可控：由1、2端电压决定器件导通或关断。（2）半控：器件由3端信号触发导通后，由1、2端电压/电流决定器件关断。3.1理想开关的开关过程—理想开关图2.25a全控型开关测试电路图3.1理想开关工作波形3.1理想开关的开关过程—感性负载电路方程图3.2恒压源下理想开关与感性负载串联电路由开关状态的条件，求解常微分方程，计算开关电路的电压和电流。电路方程3.1理想开关的开关过程—感性负载电路开关开通图3.2恒压源下理想开关与感性负载串联电路开关S截止至开通过程图3.3感性负载下理想开关开通的电路波形tsontsoff导通3.1理想开关的开关过程—感性负载电路开关开通图3.2恒压源下理想开关与感性负载串联电路图3.3感性负载下理想开关开通的电路波形tsontsoff截止开关S导通至截止过程3.1理想开关的开关过程—容性负载电路方程图3.4恒流源下理想开关与容性负载并联电路由开关状态的条件，求解常微分方程，计算开关电路的电压和电流。电路方程3.1理想开关的开关过程—容性负载电路开关关断开关S导通至关断过程图3.4恒流源下理想开关与容性负载并联电路图3.5容性负载下理想开关关断的电路波形tsontsoff截止3.1理想开关的开关过程—容性负载电路开关关断图3.4恒流源下理想开关与容性负载并联电路图3.5容性负载下理想开关关断的电路波形tsontsoff导通开关S截止至开通过程3.1理想开关的开关过程—RLC负载电路方程图3.6理想开关与RLC负载的串联电路电路工作条件RLC开关电路方程其中，ts1on表示S1开通、S2关断。ts2on表示S1关断、S2开通。3.1理想开关的开关过程—RLC负载电路波形图3.7RLC负载下理想开关的电路波形ts1onts2onts1onts2on电路参数配置

图3﹣6中，S1和S2为互补驱动的理想开关，ug为两个开关的门极驱动信号，恒压源Udc为12V，电阻R1、R2分别为0.04Ω和0.06Ω，电感L为0.1μH，电容C为5μF。开关频率为10kHz，占空比50%。图3.6理想开关与RLC负载的串联电路3.2续流与换流—功率二极管续流图3.8电感的二极管续流电路开关电路分析要点由开关状态划分电路回路。电路工作原理（1）S导通时，D截止，Udc供电L，iL会线性增大。（2）S截止时，D导通，L、D形成串联回路，D接续iL流动。图3.9二极管续流电路的电压-电流曲线：Diode0、1、2分别表示理想模型、饱和模型和线性模型

a)门极信号,b)电感电流,

c)开关电流d)二极管电流,e)电感电压,f)开关电压3.2续流与换流—器件换流电路图3.10器件换流原理电路换流电路分析要点（1）同一桥臂开关互锁.

（2）同时导通开关只数1,或2,同时截止开关只数4,3,或2.

（3）九种模式:

（4）三种状态:电源供电,电感续流,电能回馈.3.2续流与换流—器件换流电路状态切换电源供电与电感续流状态切换示意图电感续流与电能回馈状态切换示意图电能回馈与电源供电状态切换示意图图3.10器件换流原理图3.2续流与换流—器件换流电路电流过零器件换流电路电路过零示意图换流电路过零分析要点（1）iL>0时,电能回馈.D2/D3导通,即使开关S2/S3有门极触发信号，无电流流经S2/S3.（2）iL=0时,D2/D3截止,开关S2/S3有门极触发信号而导通，电流流经S2/S3,iL<0.3.2续流与换流—器件换流电路电流过零器件换流电路电路过零示意图换流电路过零分析要点（1）iL>0时,电能回馈.D2/D3导通,即使开关S2/S3有门极触发信号，无电流流经S2/S3.（2）iL=0时,D2/D3截止,开关S2/S3有门极触发信号而导通，电流流经S2/S3,iL<0.3.3硬开关的开关过程—硬开关图2.25a全控型开关测试电路图3.14硬开关的电压-电流特性示意曲线3.3硬开关的开关过程—硬开关应用案例图3.18硬开关电路模型图3.20硬开关电路模型的开关特性曲线3.4软开关的开关过程—软开关图2.25a全控型开关测试电路消除硬开关开关损耗的软开关示意图ZCSZVSZPS3.4软开关的开关过程—零电流开关ZCS图3.25

ZCS电路的运行曲线（占空比0.6）a)门极信号,b)电流信号,

c)电压信号,

d)开关功率图3.23

ZCS关断电路3.4软开关的开关过程—零电压开关ZVS图3.30

ZVS电路的运行曲线（占空比0.75）a)门极信号,b)电流信号,

c)电压信号,

d)开关功率图3.23

ZCS关断电路本章知识点理想开关的开关过程感性负载电流突变会形成开关的击穿电压.容性负载电压突变会形成开关的击穿电流.RLC负载会形成开关过程的电压和电流的振荡.续流与换流利用功率二极管的单向导向特性实现感性负载电流的连续流动.器件换流是指两个以上器件开通或关断的开关行为能够使电路电流有规律地在不同的回路转移、流动.硬开关与软开关硬开关是指开关过程的电压和电流存在交越而产生明显的功率损耗.软开关的特点是开关开通或关断过程的功率损耗几乎为零.ZCS