软开关技术及其应用

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1、第7章软开关技术及其应用7.1概述7.1.1常规脉宽调制逆变器所谓的硬开关转换或硬开关（Hard-Switchingtransformation），因而存在如下的缺点：◤开关损耗大，限制了开关元件的工作频率◢◤方波工作方式，产生较大的电磁干扰，电路存在着较大的动态电压、电流应力◢◤在开关过程中，要求开关元件有较大的安全工作区◢◤桥式电路拓扑，存在着上、下桥臂直通短路的问题◢图7-1硬开关转换过程中的电压、电流波形和损耗7.1.2软开关技术及其基本思想这种所谓的软开关转换其理论上开关损耗为零其软开关逆变器的优点如下：1振式

2、软开关转换无开关损耗，工作频率高；2电磁干扰，开关转换过程中动态应力小；3电能转换效率高，无吸收电路，散热器小；4上下桥臂直通短路问题不存在了。在谐振直流环节的逆变器中，上下桥臂直通成了一种合理的工作状态。谐振软开关电路中，零电压和零电流条件是由辅助的谐振电路所创造的。(a)零电流型(b)零电压型图7-2谐振开关零电流型开关（ZCT）零电压型7.2谐振直流环节逆变器7.2.1谐振直流环节的基本原理（a）一般电路（b）等效电路图7-3谐振直流环节逆变器（一）无损耗的谐振槽电路图7-4无损耗的谐振槽（二）有损耗的谐振槽路图7

3、-6有损耗的谐振槽路图7-7衰减振荡波形（三）开关的作用图7-8补充损耗的谐振槽路7.2.2谐振直流环节逆变器电路分析图7-9一个谐振周期中的等效电路（一）S1开通补充能量阶段图7-10补充能量阶段等效电路图7-11补充能量的电压电流波形（二）L、C谐振阶段图7-12谐振阶段的等效电路图7-13谐振阶段的电压电流波形（三）VD1导通箝位阶段图7-14VD1导通箝位阶段等效电路7.3极谐振型逆变器谐振型软开关逆变器大致上可分为两类，一类称为DC环节谐振型逆变器，它的特点是在原先硬开关电压源逆变器的逆变桥与直流电压源之前加入

4、一个辅助谐振电路，使DC环节电压产生谐振，周期性的为后面逆变桥开关提供零电压间隔。另一类称为极谐振型逆变器，这一类逆变器的共同特点是，辅助谐振电路从逆变桥之前移到了逆变桥之后。图7-15ADRPI原理电路7.3.1ADRPI无负载时的工作原理图7-16ADRPI无负载时的工作波形7.3.2ADRPI有负载电流时的工作原理负载电流I0>0的工作过程分析图7-17ADRPI工作过程的等效电路时间段：时间段：时间段：时间段：图7-18ADRPI负载时的电压电流波形负载电流I0<0的工作过程分析图7-19I0<0时的电感电流和输

5、出电压波形时间段：时间段：7.3.3零电压开关操作的实现图7-20I0>0时，考虑C1、C2影响的等效电路图7-21I0<0时，考虑C1、C2影响的等效电路为了保证开关器件VT1和VT2实现零电压或零电流软开关操作的可靠性，必须要保证开关转换瞬间电容电压一定要过零。为此零电压操作必须要检测电容电压，只有电容电压过零的时刻才送并联开关的开通驱动信号，其逻辑电路如图7-22所示。图7-22实现零电压转换的电容电压检测7.3.4电路参数研究图7-23极小输出时电压电流波形1.极谐振逆变器的最小输出电压与PWM的频率成正比，越高

6、最小输出电压也就越高，但是由于中包含有死区时间，因此最低输出电压不能小，即不能小2.最高输出电压与成反比，当达到最高极限时，,即；3.系统的PWM工作频率不能取高，因为工作频率高造成输出电压下降和输出电压的变化范围缩小4。谐振频率成正比，但由于有死区时间的限制，不能高即不能高。最高的输出频率=7.3.5ADRPI的应用电路图7-24单相交流电路拓扑图7-25ADRPI三相交流电路拓扑7-4移相控制软开关PWM变换器（Phase-ShiftedSoft-TransformationPWMConverter）7.4.1零电压

7、转换的电路拓扑及工作过程图7-26全桥变换器主电路1.超前桥臂VT1的关断过程2.Vd2,VT4同时导通的续流阶段3.滞后桥臂VT4关断的谐振过程4.VT3VT2同时导通，负半周传送功率阶段5.超前桥臂VT2开关关断过程图7-28T2关断时C1C2恒流充放电过程6.VDrVT3同时导通的续流阶段7.VT3关断，C3,C4,Lr的谐振充放电过程8.VT1VT4同时导通，正半周传输功率阶段7.4.2副方二极管换流和导通比丢失问题图7-30二极管换流过程从工作过程分析可以看出，对于超前桥臂开关实现零电压转换是很容易的，因为超前

8、桥臂开关转换时，变压器副方的影响是有助于实现零电压转换的，这时副方滤波电感折算到原方，即副方负载电流也折算到原方，使之转换时C1C2的谐振充放电过程变成了恒流充放电过程。而滞后桥臂VT3VT4转换时，由于副方二极管换流，变压器副方通过二极管给短路了，实现零电压转换的谐振C3C4时，其谐振电感只有变压器的原、副方漏感，