电力电子技术8 软开关技术

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1、第8章软开关技术丘东元引言电力电子装置的发展趋势小型化、轻量化实现途径——电力电子装置高频化可以减小滤波器、变压器的体积和重量，电力电子装置小型化、轻量化。开关损耗增加，电路效率严重下降，电磁干扰增大。解决办法——软开关技术降低开关损耗和开关噪声，满足对装置的效率和电磁兼容性的高要求有助于进一步提高开关频率2理想开关理想开关的开关过程开关状态的转换在瞬间完成忽略开关过程对电路的影响关断过程开通过程SOtuSLStOiSUVDCiRtOuVDtOtt01a)b)3硬开关开关过程中电压、电流均不为uu零，出现了重叠，有显著的开uiiiiu关损耗。电压和电流变化的速度很快

2、，0t0PP波形出现了明显的过冲，从而0t0产生了开关噪声。a)开通过程b)关断过程开关损耗与开关频率之间呈线硬开关过程中的电压和电流性关系，因此当硬开关电路的工作频率不太高时，开关损耗占总损耗的比例并不大，但随着开关频率的提高，开关损耗就越来越显著。4缓冲电路（SnubberCircuit）缓冲电路（吸收电路）：抑制器件di的内因过电压、du/dt、过电流和R抑制电路idtLdi/dt，减小器件的开关损耗。iVDi缓冲电路u无缓冲电路时CEidisCVR无抑制电路时usVDdtCEiCCs有缓冲电路时OtdiL有抑制电路时dtVD5关断时的负载曲线u无缓冲电路时无缓冲电路时：u迅CE

3、CEiCdi无抑制电路时u速上升，负载线从A移dtCEiC到B，之后i才下降到C漏电流的大小，负载线有缓冲电路时Ot随之移到Cdi有抑制电路时dt有缓冲电路时：C分流si使i在u开始上升时CCCEAB就下降，负载线经过D无缓冲电路到达C负载线ADC安全，且经过的都是小电流或小电压区有缓冲电路DC域，关断损耗大大降低Ou6CE图1-39软开关在电路中增加一些元器件，uuuuu通过在开关过程前后引入谐iuiii振，使开关开通前电压先降0t0t到零，关断前电流先降到零，PP消除了开关过程中电压、电0t0t流的重叠，从而大大减小甚a)开通过程b)关断过程至消除开关损耗；软开关过程中的电压和电流

4、同时，谐振过程限制了开关过程中电压和电流的变化率，这使得开关噪声也显著减小。78.1.2零电压开关与零电流开关u,i软开关分类ui零电压开通：使开关开通前其两端电压为零，则开关开通时就不会产0ttonoff生损耗和噪声－－简称零电压开关。iCAB零电流关断：使开关关硬开关电路断前其电流为零，则开关关断时也不会产生损耗和噪声－－简称零电有缓冲电路D流开关。COuCE软开关电路88.1.2零电压开关与零电流开关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。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。

5、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（即缓冲电路）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。常与零电压开通和零电流关断配合使用98.2软开关电路的分类根据电路中主要开关元件开通和关断时电压电流状态，分为零电压电路（零电压开通）零电流电路（零电流关断）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零转换PWM电路101．准谐振电路最早出现的软开关电路零电压开关准谐振电路（ZVSQRC）零电流开关准谐振电路（ZCSQRC）零电压开关多谐振电路（ZVSMRC）用于逆变器的谐振直流环节（Reso

6、nantDCLink）CCrr1LrLLrLLrLSSSVDCVDVDCr2ra)b)c)a）零电压开关准谐振电路b）零电流开关准谐振电路c）零电压开关多谐振电路111．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。谐振的引入使开关损耗和开关噪声大大下降SOtuS(uCr)OtiStOiLrOtuVDtOt0t1t2t3t4t5t6t0零电压开关准谐振电路121．准谐振电路存在问题：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SOt交换，电路导通损耗加大；uS(uCr)谐振周期随输入电压、负OtiSt载变化而改变，因此

7、电路OiLr只能采用脉冲频率调制Ot（PFM）方式来控制。uVDtOt0t1t2t3t4t5t6t0零电压开关准谐振电路132．零开关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－ZVSPWM零电流开关PWM电路－ZCSPWMCrS1LLLrLSSrSU1UiVDiCRCVDCRra)b)零开关PWM电路a）零电压开关PWM电路