电力电子硬开关与软开关技术概述.pdf

第七章 软开关技术 引言 第一节软开关的基本概念 第二节 软开关电路的分类 第三节典型的软开关电路 本章小结 第七章 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。 第一节 软开关的基本概念 一.硬开关和软开关 二. 零电压开关和零电流开关 一. 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。 u u u i i u i i 0 t 0 P P 0 t 0 a）硬开关的开通过程 b）硬开关的关断过程 图7 －1 硬开关的开关过程 一. 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。 u u u u i i i i 0 t 0 t P P 0 t 0 t a）软开关的开通过程 b）软开关的关断过程 图7 －2 软开关的开关过程 二. 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。 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。 第二节 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。 第二节 软开关电路的分类 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 图7 －3基本开关单元的概念 第二节 软开关电路的分类 分别介绍三类软开关电路 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 （Pulse Frequency Modulation—PFM）方式来控制。 第二节 软开关电路的分类 可分为： 零电压开关准谐振电路 Zero-Voltage-Switching Quasi-Resonant Converter— ZVS QRC） a 零电压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-Switching Quasi-Resonant Converter—ZCS QRC） b 零电流开关准谐振电路的基本开关单元 电压开关多谐振电路 Zero-Voltage-Switching Multi- ResonantConverter—ZVS MRC） 用于逆变器的谐振直流环节电路 c 零电压开关多谐振电路的基本开关单元 Resonant DC Link）。 图7-4 准谐振电路的基本开关单元 第二节 软开关电路的分类 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： a 零电压开关PWM 电路的 零电压开关PWM 电路 （Zero-Voltage- 基本开关单元 Switching PWM Converter—ZVS PWM） 零电流开关PWM电路 （Zero-Current- Switching PWM Converter—ZCS PWM） 特点： b 零电流开关PWM 电路 电路在很宽的输入电压范围内和从零 的基本开关单元 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， 图7 －5 零开关PWM 电路 的基本开关单元 这使得电路效率有了进一步提高。 第二节. 软开关电路的分类 3.零转换PWM电路 采用辅助开关控制谐振的开始时刻， 但谐振电路是与主开关并联的。 零转换PWM电路可以分为： 零电压转换PWM电路（Zero- a）零电压转换PWM 电路 Voltage-Transition PWM 的基本开关单元 Conve