软开关技术课件.ppt

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1、第4章软开关技术《现代电力电子技术》电子教案4.1硬开关电路存在问题及开关损耗计算4.2功率开关器件常用缓冲电路4.3软开关电路的基本概念4.4典型的软开关电路4.5软开关技术新进展本章小结第4章软开关技术引言■现代电力电子装置的发展趋势是小型化、轻量化，同时对装置的效率和电磁兼容性也提出了更高的要求。■电力电子电路的高频化◆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。■软开关技术◆降低开关损耗和开关噪声。◆使开关频率可以大幅度提高。34.1硬开关电路存在问题及开关损耗计算4.1.1硬开关电路及其问题4.1.

2、2硬开关电路开关损耗计算4■4.1.1硬开关电路存在问题◆开关过程中电压、电流均不为零，出现了重叠，有显著的开关损耗。◆电压和电流变化的速度很快，波形出现了明显的过冲，从而产生了开关噪声。另外，开关轨迹可能会运行在安全工作区外，从而损坏开关器件。◆开关损耗与开关频率之间呈线性关系，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。图4-1硬开关降压型电路及波形a）电路图b）理想化波形t0uiP0uituuiiP00图4-2硬开关过程中的电压和电流a)开通过程b)关断过程a)b)4.1硬开关电路存在问题及开关损耗计算5

3、开关器件的功率损耗有通态功耗、断态功耗、开通功耗、关断功耗以及门电路驱动功耗组成。如忽略过小的驱动功耗，则主要由四个部分构成。如果考虑到饱和时的管压降以及断开时的漏电流均很小，则开关器件的功耗主要由开通损耗和关断损耗构成。开通器件总的平均损耗为fs:开关频率v(t)器件的两端的瞬时电压i(t)流过器件的瞬时电流4.1.2、无缓冲电路时开关器件的功率损耗6图4-3为IGBT带电阻负载时的电路和典型开关波形。为了方便的计算开关损耗，将vce和ic在开关过程中的变化曲线线性化，并忽略截止时的漏电流和饱和导通时的管压降。如图4-3(b)所示1、电阻负载时的开关损耗图4-37①开通能量

4、损耗或②关断能量损耗或8图4-4为IGBT带电感负载时的电路。这里与带电阻负载时相比，波形有两点不同，即：2、电感负载时的开关损耗图4-49②IGBT开通时，这时假设续流二极管里的电流是负载电流，由于续流二极管钳位，IGBT集电极电压仍为Vcc。当集电极电流上升到等于负载电流时二极管截止，IGBT上电压降逐渐下降到零。从上述两点不同可知，在电感负载下，IGBT在开关过程中电压和电流最大值会同时出现，因此开关损耗更大。①IGBT关断时，由于电感电流不能突变，因此在IGBT上的电压未达到电源电压Vcc之前，IGBT一直流过全部负载电流，当Vce上升到Vcc后，续流二极管导通，IG

5、BT电流开始下降逐渐衰减到零。2、电感负载时的开关损耗10同理为了方便开关损耗的计算，将开关波形线性化。如图4-5示2、电感负载时的开关损耗图4-511①开通损耗式中tri为电流上升时间，tfv为电压下降时间2、电感负载时的开关损耗②关断损耗12①通态损耗：开关器件的平均通态功率损耗一般用下式计算3、通态与断态损耗IF、VF分别为通态电流和通态电压，为导通占空比，有些资料介绍通态损耗计算取最大导通占空比。13②断态损耗式中toff为断态时间toff=T-ton,IB为漏电流，Vcc为外加电压3、通态与断态损耗开关器件总的平均功率损耗为：144.2.1缓冲电路的作用缓冲电路也叫

6、做吸收电路（snubber).它在电力半导体开关器件的应用中起着重要的作用。由变流技术知，与SCR串联的电感构成的串联缓冲电路可限制导通时的di/dt，而与SCR并联的RC网络构成的并联缓冲电路可限制关断时的dv/dt及瞬时过电压。4.2功率开关器件常用缓冲电路154.2.1.缓冲电路的作用snubber电路除了上述功能外还起着改变器件开关轨迹，从而减小开关损耗的作用。改变器件的开关轨迹这种精明的想法最早是由Calkin和Hamilton首先提出的，其后McMurry,Undeland等多人都相继对此概念进行过讨论。164.2.1缓冲电路的作用无snubber时，开通关断过程

7、中，uce和ic的最大值可能同时出现，且均产生超调。有snubber时，开通和关断时的轨迹得到了很大的改善，不至于运行到安全区域外。图4-617Snubber电路从出现到今天已有多年的发展历史，它如今已从简单的基本电路发展到相对复杂的网络。右图给出了耗能式串并联缓冲电路，这些电路又分为无极型、有极型和复合型。4.2.2、缓冲电路的分类18这里应该指出，缓冲电路之所以能够减小概括器件的开关损耗，是因为把开关损耗从器件本身转移至缓冲内，然后再消耗在电阻上。（耗能式）这意味着，虽然开关器件损耗减少了，安全运行