2019第7章软开关技术.doc
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2、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
3、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
4、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。
5、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
6、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
7、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
8、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
9、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
10、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:
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- 2019 开关 技术
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