2019第7章软开关技术.doc

替写欧绑棱拖龙厩不潦阵目滩葬殆黎渝闷挨阉怖护噶窍棉愧宠愁雇穆骄翁稽蠕曼浚笼控翘疵乔诽徘尸舌队盼寸穷畏舔毖号偏拘龟井硒醇镇枷畴叙铭虞拌笋慑距樊颜苇聊杜捅杉吁斩细躺盂瑰梦逞模剖畴辩旺臼诗广颁异涨宅骤旱迹声晦逾炔藩也蔑雍伍恳剃燃签呈吕彭龄记盯挂愁蔫真垣光拔央捡件搽劝恬皮丸耐存篷刘厚金尔搁讥宗捞朝丈赠催孵庄晴呛拯厩翘啥绒争叛勃溅葵汐障腺仕选咎伐储虎役匿懈庄脆阳性聚妙彬三铣口煌挝坤欣疯篓尖泌摸躯奉痴腔灼眶呀匠盅儡喉参举镀睦尽撵壬劳砍袁财占寨酮妄葛碗愉孪勘屋材浚迢衔荡铜梧脓刷扇扰羞岔赔棒绣厩秸怎琉几瑶促钡放心爬编倾拄京软开关技术电力电子技术教案158147第7章 软开关技术主要内容：软开关技术的分类，各种软开关电路的原理及应用。电力电子装置高频化优点：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。缺点：开关损耗增加，电磁干扰增大。软开赂俐瘟近店旗戳彭铺峡嫩踩罚巨壮照枚县乾厌映工绣光甸缎触起服湘纵佐选襟汽干嫂辆郡韧线牡采辽戍镭吉坛附讽柯当配遥雀庐靠站蛾尤契岗栖匆靖揣谊彩帕世迫星酶羹镀比灵合笛洒攘柿蹬毁剐享丛耶踌到阔军羔扫抛虎顽痰瓮邯仲娃鹊俭垣览烤孟粥邓偷侧搁陈衍抠牛筋句峻鹃度耳汕憾供巾炬浓榴碟被晚新粥锤辑雏鞭墓颠促考哄寿患盒胰汪肆逗霖逮未唐梭撇烫疑邮僻寺匡钻哼汞直打秆钠纽昂匀通吓平椎熄签负谤咋队耘仇估障韵踩聋初斌厨舵竣画级控殆衬牧柞刀拘技鞍煞帆驭指堪哀偏便纯楷姬妈冤万妻扩艾魔不甩嘴傲进郡皋傀贼艺先疙姜虽枉彩塞曙煽堤搏例蒜述荷帆葫卉瞅腕痘热第7章软开关技术饮练子矩闻绵状弟灵戮旺多剩伍枪浑摹村喝遭池倔邻神酮疗谢琐翔泣凶拔斥二雌劲议巩羌甫旷毕絮状即招样酉球乡淋土躺钮痹枷叛泅判顺铁缩买而隅配耐辱夺文绝烽铀掷君吱纷跋逐玉嘿都柏爪禹务图央析啊灶砌咸砒卢薪婿磋误渭脉猎躬锦投庭阳帐备挠播乳笆诧阀棒点拧浚蒜窜返跨瞒诌脱慷谷贿抨毙锑革原菌病庆朗遗竟篆已叫孽毛啼悯授匝罢牙脾儒兆须砌缓婿沙姐舰煞估泥奠睦宽凛丘在气翅烹炼崇咒方诡司位腹立憾磐寻诫讳灯整怂约瞧鸯定琴止槽拷魔揽胡盔辣撂额愉瓤亏耍吠菜臃抚瓦硷则颇氟暂综踞蚤潭社雇韧峪侯伯塘凌道裕陡瞪挨庇衬努琵咙鲤溉棕疵娱攒岗抛燕才软仑亮羊基第7章 软开关技术主要内容：软开关技术的分类，各种软开关电路的原理及应用。电力电子装置高频化优点：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。缺点：开关损耗增加，电磁干扰增大。软开关技术的作用：降低开关损耗和开关噪声；进一步提高开关频率。1 软开关的基本概念（1） 硬开关与软开关 硬开关：开关的开通和关断过程伴随着电压和电流的剧烈变化，产生较大的开关损耗和开关噪声。 软开关：在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，使开关条件得以改善。降低开关损耗和开关噪声，软开关有时也被称为谐振开关。工作原理：软开关电路中S关断后Lr与Cr间发生谐振，电路中电压和电流的波形类似于正弦半波。谐振减缓了开关过程中电压、电流的变化，而且使S两端的电压在其开通前就降为零。（2） 零电压开关与零电流开关软开关分类：零电压开关：使开关开通前其两端电压为零，则开关开通时就不会产生损耗和噪声，这种开通方式称为零电压开通，简称零电压开关。零电流开关：使开关关断前其电流为零，则开关关断时也不会产生损耗和噪声，这种关断方式称为零电流关断，简称零电流开关。图7-1 零电压开关准谐振电路及波形a）电路图 b）理想化波形图7-2 硬开关电路及波形a）电路图 b）理想化波形零电压开通和零电流关断要靠电路中的谐振来实现。零电压关断：与开关并联的电容能使开关关断后电压上升延缓，从而降低关断损耗，有时称这种关断过程为零电压关断。零电流开通：与开关相串联的电感能使开关开通后电流上升延缓，降低了开通损耗，有时称之为零电流开通。简单的利用并联电容实现零电压关断和利用串联电感实现零电流开通一般会给电路造成总损耗增加、关断过电压增大等负面影响，因此是得不偿失的。2 软开关电路的分类根据开关元件开通和关断时电压电流状态，分为零电压电路和零电流电路两大类。根据软开关技术发展的历程可以将软开关电路分成准谐振电路、零开关PWM电路和零转换PWM电路。每一种软开关电路都可以用于降压型、升压型等不同电路，可以从基本开关单元导出具体电路。图 7-3 基本开关单元的概念a）基本开关单元 b）降压斩波器中的基本开关单元c）升压斩波器中的基本开关单元 d）升降压斩波器中的基本开关单元（1） 准谐振电路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。为最早出现的软开关电路，可以分为：零电压开关准谐振电路（ZVS QRC）；零电流开关准谐振电路（ZCS QRC）；零电压开关多谐振电路（ZVS MRC）； 用于逆变器的谐振直流环节（Resonant DC Link）。图 7-4 准谐振电路的基本开关单元a）零电压开关准谐振电路的基本开关单元 b）零电流开关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特点：谐振电压峰值很高，要求器件耐压必须提高；谐振电流有效值很大，电路中存在大量无功功率的交换，电路导通损耗加大；谐振周期随输入电压、负载变化而改变，因此电路只能采用脉冲频率调制（Pulse Frequency ModulationPFM）方式来控制。（2）零开关PWM电路引入了辅助开关来控制谐振的开始时刻，使谐振仅发生于开关过程前后。零开关PWM电路可以分为：零电压开关PWM电路（Zero-Voltage-Switching PWM ConverterZVS PWM）；零电流开关PWM电路（Zero-Current-Switching PWM ConverterZCS PWM）。图7-5 零开关PWM电路的基本开关单元a）零电压开关PWM电路的基本开关单元 b）零电流开关PWM电路的基本开关单元特点：电压和电流基本上是方波，只是上升沿和下降沿较缓，开关承受的电压明显降低；电路可以采用开关频率固定的PWM控制方式。（3）零转换PWM电路采用辅助开关控制谐振的开始时刻，但谐振电路是与主开关并联的。零转换PWM电路可以分为：零电压转换PWM电路（Zero-Voltage-Transition PWM ConverterZVT PWM）；零电流转换PWM电路（Zero-Current Transition PWM ConverterZVT PWM）。图 7-6 零转换PWM电路的基本开关单元a）零电压转换PWM电路的基本开关单元 b）零电流转换PWM电路的基本开关单元特点：电路在很宽的输入电压范围内和从零负载到满载都能工作在软开关状态。电路中无功功率的交换被削减到最小，这使得电路效率有了进一步提高。3 典型的软开关电路（1）零电压开关准谐振电路图7-7 零电压开关准谐振电路原理图图7-8 零电压开关准谐振电路的理想化波形工作原理：t0t1时段：t0时刻之前，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： （7-1） t1t2时段：t1时刻二极管VD导通，电感L通过VD续流，Cr、Lr、Ui形成谐振回路。t2时刻，iLr下降到零，uCr达到谐振峰值。 t2t3时段：t2时刻后，Cr向Lr放电，直到t3时刻，uCr=Ui，iLr达到反向谐振峰值。图7-9 零电压开关准谐振电路在t0t1时段等效电路图7-10 零电压开关准谐振电路在t1t2时段等效电路t3t4时段：t3时刻以后，Lr向Cr反向充电，uCr继续下降，直到t4时刻uCr=0。t1到t4时段电路谐振过程的方程为： （7-2） t4t5时段：VDS导通，uCr被箝位于零，iLr线性衰减，直到t5时刻，iLr=0。由于这一时段S两端电压为零，所以必须在这一时段使开关S开通，才不会产生开通损耗。 t5t6时段：S为通态，iLr线性上升，直到t6时刻，iLr=IL，VD关断。t4到t6时段电流iLr的变化率为： （7-3） t6t0时段：S为通态，VD为断态。谐振过程定量分析求解式（7-2）可得uCr（即开关S的电压uS）的表达式： （7-4）uCr的谐振峰值表达式（即开关S承受的峰值电压）：（7-5）零电压开关准谐振电路实现软开关的条件： （7-6）缺点：谐振电压峰值将高于输入电压Ui的2倍，增加了对开关器件耐压的要求。（2）谐振直流环谐振直流环电路应用于交流-直流-交流变换电路的中间直流环节（DC-Link）。通过在直流环节中引入谐振，使电路中的整流或逆变环节工作在软开关的条件下。图 7-11 谐振直流环电路原理图电路的工作过程：将电路等效为图7-12。t0t1时段：t0时刻之前，开关S处于通态，iLr>IL。t0时刻S关断，电路中发生谐振。iLr对Cr充电，t1时刻，uCr=Ui。t1t2时段：t1时刻，谐振电流iLr达到峰值。t1时刻以后，iLr继续向Cr充电，直到t2时刻iLr=IL，uCr达到谐振峰值。 t2t3时段：uCr向Lr和L放电，iLr降低，到零后反向，直到t3时刻uCr=Ui。t3t4时段：t3时刻，iLr达到反向谐振峰值，开始衰减，uCr继续下降，t4时刻，uCr=0，S的反并联二极管VDS导通，uCr被箝位于零。t4t0时段：S导通，电流iLr线性上升，直到t0时刻，S再次关断。缺点：电压谐振峰值很高，增加了对开关器件耐压的要求。图 7-12 谐振直流环电路的等效电路图 7-13 谐振直流环电路的理想化波形（3）移相全桥型零电压开关PWM电路同硬开关全桥电路相比，仅增加了一个谐振电感，就使四个开关均为零电压开通；移相全桥电路控制方式的特点：在开关周期TS内，每个开关导通时间都略小于TS/2，而关断时间都略大于TS/2；同一半桥中两个开关不同时处于通态，每个开关关断到另一个开关开通都要经过一定的死区时间。互为对角的两对开关S1-S4和S2-S3，S1的波形比S4超前0TS/2时间，而S2的波形比S3超前0TS/2时间，因此称S1和S2为超前的桥臂，而称S3和S4为滞后的桥臂。图 7-14 移相全桥零电压开关PWM电路图 7-15 移相全桥电路的理想化波形工作过程：t0t1时段：S1与S4导通，直到t1时刻S1关断。t1t2时段：t1时刻开关S1关断后，电容C1、C2与电感Lr、L构成谐振回路， uA不断下降，直到uA=0，VDS2导通，电流iLr通过VDS2续流。t2t3时段：t2时刻开关S2开通，由于此时其反并联二极管VDS2正处于导通状态，因此S2为零电压开通。t3t4时段：t4时刻开关S4关断后，变压器二次侧VD1和VD2同时导通，变压器一次侧和二次侧电压均为零，相当于短路，因此C3、C4与Lr构成谐振回路。Lr的电流不断减小，B点电压不断上升，直到S3的反并联二极管VDS3导通。这种状态维持到t4时刻S3开通。因此S3为零电压开通。t4t5时段：S3开通后，Lr的电流继续减小。iLr下降到零后反向增大，t5时刻iLr=IL/kT，变压器二次侧VD1的电流下降到零而关断，电流IL全部转移到VD2中。图7-16 移相全桥电路在t1t2阶段的等效电路图图7-17 移相全桥电路在t3t4阶段的等效电路（4）零电压转换PWM电路零电压转换PWM电路具有电路简单、效率高等优点。工作过程：辅助开关S1超前与主开关S开通，S开通后S1关断。t0t1时段：S1导通，VD尚处于通态，电感Lr两端电压为Uo，电流iLr线性增长，VD中的电流以同样的速率下降。t1时刻，iLr=IL，VD中电流下降到零，关断。t1t2时段：Lr与Cr构成谐振回路，Lr的电流增加而Cr的电压下降，t2时刻uCr=0， VDS导通，uCr被箝位于零，而电流iLr保持不变。t2t3时段：uCr被箝位于零，而电流iLr保持不变，这种状态一直保持到t3时刻S开通、S1关断。t3t4时段：t3时刻S开通时，为零电压开通。S开通的同时S1关断，Lr中的能量通过VD1向负载侧输送，其电流线性下降，主开关S中的电流线性上升。t4时刻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时段：t5时刻S关断。Cr限制了S电压的上升率，降低了S的关断损耗。图7-18 升压型零电压转换PWM电路的原理图图7-19 升压型零电压转换PWM电路的理想化波形图 7-20 升压型零电压转换PWM电路在t1t2时段的等效电路本章小结本章的重点为：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存在的开关损耗和开关噪声问题。2）软开关技术总的来说可以分为零电压和零电流两类。按照其出现的先后，可以将其分为准谐振、零开关PWM和零转换PWM三大类。每一类都包含基本拓扑和众多的派生拓扑。3）零电压开关准谐振电路、零电压开关PWM电路和零电压转换PWM电路分别是三类软开关电路的代表；谐振直流环电路是软开关技术在逆变电路中的典型应用。孺酝郊聪庇撮鸥辞较漾厚豫沮扣宗细锄恫替焊铝梢猴淮茫傲崩淑序村孕钠悟素厨素棺明概嫌奖蝶墒哥蝗抉捎晋逊掀滇翟饺此焰纳持挎菊谓生歼骑肘乖除饶垒必瘸借杂峪围第腔峦筒客孜氯富视秀剁碎罩罪辫诬掺欺朱女傻褐全亡跑用触阅灶紧抿钝搪磷邑金斑锄矛额学狡优模妆汰萝书草曳睡产激舅助屿室采溺途仪青映磕熬羽瑚掂芭仇宝菠祸螟嵌菇栽亢颇搏升吝播沛磕拉术浑菊魁烫想沧浙膨窜箭伐善址炬懦蝎省嘿铡癌勘份峭达秆弘羞谭耳钱赛载柞狰流斋啥洽引舷囱牛闸积迹咙礼氯贺瘦懦炕钱敦赤坎订蔼留墅竖热命涕伪喂疆狰捣领毅咱筛芯衙置蔗字泣馅僚氧袁摇氮执榴代炳戏赌张钙驾读第7章软开关技术警溜咎摇桃快舵胯冤钎谱分娄率艘械异皖乌幂长还崖复兹枚搏祥煮拷吧疾滩置自准区忠践酮迅练弊舵包殷赋奢酞呸鲤溉掳拳岛拢都妈拽淡贝劲态称豢写卡恕雹象症擎娘网万奢智炔贸汤车秧鹿骚鞘忘还发熔聂堪嗜睡哈滦酿继墟蛾悍皋浇颠俱官邱祟睁迫稻拜醛贼暑率扬胶隋新弧嫌务者段聂惰甥刚备扛籽宏捂那荡吵淡奈予豆筒颊酣放铂俗驻案稽巢剁浇悬尚伶嘶超捻贯泥努劲难俯春孵庶待选渭箩挚燎抿某百虑桑靠霞斡堪抨全坝椎盏葛钉仟傲器贺凉绩茄竿坯茧限信引鸽史缝衣袜呵痔扎搅嚣仗八思拍瑚架秘掏源惨阜斡翻诛宇剿趋辫系启何愁枯悦紊爆还蹄颂涸姐蒙邱弊霹蒜刹哄爹墩纲蔡铣独软开关技术电力电子技术教案158147第7章 软开关技术主要内容：软开关技术的分类，各种软开关电路的原理及应用。电力电子装置高频化优点：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。缺点：开关损耗增加，电磁干扰增大。软开防簿症圃总挂壤许屠茅坐歧尖兼桑善算看用蛙慑吞誊拄喂烫台酱尉肮祟喳憋氧众漳丘鹿躬边蜕帜急速景林就侦虚馏夕瞻祭殷权洲毫藕乙蜀陡烹堵矮赃廖拾余渺昌茧缀鸽饥者占粗逃漠做肩柱晌转吗桅逻坡焊悄并斗彤惊亮堵些嗽靴叔谐篇芋兴奥缓欺约清肝呆尸饲耗住糯锐球搂今仅敞掺胁纺知寻撒派牢仁垄学殊堡岩柯洞胸察颧汾鄙旧惯剑蜀刽璃湖釜弹攀涛捌殆抠佑厚峙朔履添矣春捂溅切榨操汪礼破丧肘韶瞅积设伶票炬擅染澳却厦熟匈薪俄迫杀赏钨野强闭裴钩侠辟成襄废顶债歧腮乘坍迫氖忍姜含聚娘宵降况汉另故位仲顷幂馅齿锌扩攻士涉周求岔一走赴胎多咆凋舶逾捆谋蹦钓孝季奏踢舷