电力电子技术精品课件.ppt

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1、第8章软开关技术8.1软开关的基本概念8.2软开关电路的分类8.3典型的软开关电路8.4软开关技术新进展本章小结2/29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。3/298.1软开关的基本概念8.1.1硬开关与软开关8.1.2零电压开关与零电流开关4/298.1.1硬开关与软开关■硬开关◆开关过程中电压、电流均不为零，出

2、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。◆开关损耗与开关频率之间呈线性关系，因此当硬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8-1硬开关降压型电路及波形a）电路图b）理想化波形t0uiP0uituuiiP00图8-2硬开关过程中的电压和电流a)关断过程b)开通过程a)b)5/298.1.1硬开关与软开关■软开关◆软开关电路中增加了谐振电感Lr和谐振电容Cr，与滤波电感L、电容C相比，Lr和Cr的值小得多，同时开关S增加了反并联二极管VDS，而硬开关电路中不需

3、要这个二极管。◆降压型零电压开关准谐振电路中，在开关过程前后引入谐振，使开关开通前电压先降到零，关断前电流先降到零，消除了开关过程中电压、电流的重叠，从而大大减小甚至消除开关损耗，同时，谐振过程限值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。Pui0uitt0uiP0uitt0uu图8-3降压型零电压开关准谐振电路及波形a）电路图b）理想化波形a)b)图8-4软开关过程中的电压和电流a)关断过程b)开通过程6/298.1.2零电压开关与零电流开关■零电压开通◆开关开通前其两端电压为零，则开通时不会产生损耗和噪声。■零电流关断◆开关关断前其电流为零，则关断时不会

4、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。■在很多情况下，不再指出开通或关断，仅称零电压开关和零电流开关。7/298.2软开关电路的分类■软开关电路的分类◆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，个别电路中，有些开关是零电压开通的，另一些开关是零电流关断的。◆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。8/298.2软开关电路的分类图8

5、-5准谐振电路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■准谐振电路◆分类☞零电压开关准谐振电路（Zero-Voltage-SwitchingQuasi-ResonantConverter—ZVSQRC）☞零电流开关准谐振电路（Zero-Current-SwitchingQuasi-ResonantConverter—ZCSQRC）☞零电压开关多谐振电路（Zero-Voltage-SwitchingMulti-ResonantConverter—ZVSMRC）☞用于逆变器的谐振直流环节（ResonantDCLink）9/298.2软开关电路的分

6、类◆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。◆开关损耗和开关噪声都大大下降，也有一些负面问题☞谐振电压峰值很高，要求器件耐压必须提高。☞谐振电流的有效值很大，电路中存在大量的无功功率的交换，造成电路导通损耗加大。☞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，变频的开关频率给电路设计带来困难。10/298.2软开关电路的分类图8-6零开关PWM电路a）零电压开关PWM电路b）零电流开关PWM电路■零开关PWM电路◆电路中引入了辅助开关来控制谐振的开始时刻，使谐振仅发生

7、于开关过程前后。◆分类☞零电压开关PWM电路（Zero-Voltage-SwitchingPWMConverter—ZVSPWM）☞零电流开关PWM电路（Zero-Current-SwitchingPWMConverter—ZCSPWM）◆同准谐振电路相比，这类电路有很多明显的优势：电压和电流基本上是方波，只是上升沿和下降沿较缓，开关承受的电压明显降低，电路可以采用开关频率固定的PWM控制方式。11/298.2软开关电路的分类图8-7零转换PWM电路的基本开关单元a）零电压转换PWM电路的基本开关单元b）零电流转换