第5章 软开关技术ppt课件.ppt

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1、第5章软开关技术引言5.1软开关的基本概念5.2软开关电路的分类5.3典型的软开关电路本章小结第5章软开关技术•引言现代电力电子装置的发展趋势小型化、轻量化、对效率和电磁兼容性也有更高的要求。电力电子装置高频化滤波器、变压器体积和重量减小，电力电子装置小型化、轻量化。开关损耗增加，电磁干扰增大。软开关技术降低开关损耗和开关噪声。进一步提高开关频率。第5章软开关技术•引言PWM硬开关的局限性1．热学限制在感性负载关断、容性负载开通时，电力电子开关器件承受很大的瞬时功耗。典型的500v、200A达林顿结构的GTR在开关过程中必须承受100kW的峰值功耗。一个周期内器件的平均开关

2、损耗一般占总平均损耗的30％。40％。随着开关频率的提高，这种损耗成正比例的增加。2．二次击穿限制第5章软开关技术•引言3．电磁干扰限制在高频状态下运行时，开关器件本身的极间电容成为极重要的参数。尤其对M0SFET来说，由于采用门极绝缘栅结构，它的极间电容较大，因此引起的开关能量损耗以及密勒效应更为严重。在高电压下开通时，电容贮能被器件本身吸收和耗散，温升增加，极间电容电压转换时的du／dt会耦合到辅入端产生电磁干扰(EMI)，使系统不稳定。此外极间电容与电路中的杂散电感形成振荡也会干扰正常工作。4．缓冲电路的限制5.1软开关的基本概念5.1.1硬开关和软开关5.1.2零电

3、压开关和零电流开关5.1.1硬开关和软开关硬开关：开关过程中电压和电流均不为零，出现了重叠。电压、电流变化很快，波形出现明显得过冲，导致开关噪声。t0a）硬开关的开通过程b）硬开关的关断过程图5－1硬开关的开关过程uiP0uituuiiP005.1.1硬开关和软开关软开关：在原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，消除电压、电流的重叠。降低开关损耗和开关噪声。uiP0uitt0uiP0uitt0a）软开关的开通过程b）软开关的关断过程图5－2软开关的开关过程5.1.2零电压开关和零电流开关零电压开通开关开通前其两端电压为零——开通时不会产生损耗和噪声。

4、零电流关断开关关断前其电流为零——关断时不会产生损耗和噪声。零电压关断与开关并联的电容能延缓开关关断后电压上升的速率，从而降低关断损耗。零电流开通与开关串联的电感能延缓开关开通后电流上升的速率，降低了开通损耗。当不指出是开通或是关断，仅称零电压开关和零电流开关。靠电路中的谐振来实现。5.2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。5.2软开关电路的分类图5

5、－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5.2软开关电路的分类1）准谐振电路准谐振电路－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。是最早出现的软开关电路。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（PulseFrequencyModulation—PFM）方式来控制。分别介绍三类软开关电路5.2软开关电路的分类可分为：用于逆变器的谐振直

6、流环节电路(ResonantDCLink）。图5-4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电压开关多谐振电路(Zero-Voltage-SwitchingMulti-ResonantConverter—ZVSMRC）b)零电流开关准谐振电路的基本开关单元零电流开关准谐振电路(Zero-Current-SwitchingQuasi-ResonantConverter—ZCSQRC）a)零电压开关准谐振电路的基本开关单元零电压开关准谐振电路(Zero-Voltage-SwitchingQuasi-ResonantConverter—ZVSQRC）5.2软

7、开关电路的分类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：特点：电路在很宽的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。b)零电流开关PWM电路的基本开关单元图5－5零开关PWM电路的基本开关单元零电流开关PWM电路（Zero-Current-SwitchingPWMConverter—ZCSPWM）a)零电压开关PWM电路的基本开关单元零电压开关PWM电路（Zero-Volta