高等电力电子技术 教学课件 作者 张兴 等 第七章.ppt

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1、AdvancedPowerElectronics高等电力电子技术第7章软开关变换器7.1概述7.2零转换PWM变换器7.3移相控制ZVS－PWM全桥变换器7.4移相控制ZVZCS－PWM全桥变换器7.1概述主要内容7.1.1功率器件的开关过程7.1.2软开关的分类及特征MOSFET、IGBT等新型全控型、高速电力电子器件的出现，使得开关式稳压电源的高频化成为可能。随着开关频率的提高，一方面开关管的开关损耗成正比地上升，使电路的效率大大的降低，从而使变换器处理功率的能力大幅地下降；另一方面，系统会对

2、外产生严重的电磁干扰（EMI）。软开关技术的应用使电力电子变换器可以具有更高的效率，功率密度和可靠性同时得到提高，并有效的减小电能变换装置引起的电磁污染和噪声等。7.1概述7.1.1功率器件的开关过程功率变换电路中，每只开关管在每个开关周期都要开通与关断一次a)开通过程b)关断过程开关管开关过程中产生的开通损耗和关断损耗统称为开关损耗，开关损耗可由下式算出。最终得7.1.1功率器件的开关过程7.1.2软开关的分类及特征软开关电路中典型的开关过程如下图所示。a)开通过程b)关断过程使开关开通前其两端

3、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；使开关关断前流过其电流为零，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。零电压开通和零电流关断要靠电路中的谐振来实现。根据电路中主要的开关元件是零电压开通还是零电流关断，可以将软开关电路分成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全谐振型变换器或谐振型变换器、准谐振变换器、零开关PWM变换器、零转换PWM变换器和移相全桥PWM软开关变换器。7.

4、1.2软开关的分类及特征谐振变换器实际上是负载谐振型变换器，LC振荡电路与负载串联或并联，将LC振荡电路的振荡电压或振荡电流加在负载上，使得电力电子器件可在零电压或零电流下开关，因而又称作负载谐振软开关变换器。1.谐振变换器2.准谐振变换器准谐振变换器的出现是软开关技术的一次飞跃，这类变换器的特点是谐振元件参与能量变换的某一个阶段，不是全程参与。a)零电压准谐振基本开关单元b)零电流准谐振基本开关单元c)零电压多谐振基本开关单元3.零开关PWM变换器这类电路引入了辅助开关来控制谐振的开始时刻，使谐

5、振仅发生于开关过程前后。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4.零转换PWM变换器这类软开关电路还是采用辅助开关控制谐振的开始时刻，所不同的是，谐振电路是与主开关管并联的a)零电压转换PWM变换器的基本开关单元(b)零电流转换PWM变换器的基本开关单元5.移相控制软开关PWM全桥变换器移相控制零电压PWM全桥变换器是最早出现的一种应用于中大功率场合的软开关变换器，通过利用开关器件的寄生参数实现其自身的零电压开关，以其无需附加元器件和具有低电压、低电流应力等特

6、点，广泛用于高频大功率电路中。7.2零转换PWM变换器主要内容7.2.1基本的零电压转换PWM变换器7.2.2改进的零电压转换PWM变换器7.2.3基本的零电流转换PWM变换器7.2.4改进的零电流转换PWM变换器7.2.1基本的零电压转换PWM变换器零电流转换（ZCT）PWM变换器，它利用谐振网络并联在开关上，使得电路中的有源开关和无源开关二者都实现零电流开关，而且不增加器件的电压、电流应力。以Boost型零电流转换PWM变换器为例来分析零电流转换PWM变换器的工作原理。为了简化分析，假设①输入

7、滤波电感L足够大，输入电流看成是理想的直流电流源Ii；②输出滤波电容足够大，输出电压看成是理想的直流电压源Uo；③谐振电路是理想的，Lr<

8、减小，t1时刻iLr达到Ii，VD中的电流下降到零，VD在软开关下关断，进入下一阶段。a)工作模态17.2.1基本的零电压转换PWM变换器（2）t1~t2阶段，工作模态2，等效电路如图7-7(b)所示。t1时刻，iLr达到Ii，VD中的电流下降到零，VD关断，Lr、Cr开始谐振，Cr中的能量开始向Lr转移，iLr继续增大，uCr开始下降，t2时刻，iLr达到峰值，uCr下降到零，进入下一阶段。a)工作模态17.2.1基本的零电压转换PWM变换器（3）t2~t3阶段，工作模态3，等效