第七章軟開關(guān)技術(shù)

1、現(xiàn)代電力電子裝置的發(fā)展趨勢發(fā)展趨勢 小型化、輕量化、對效率和電磁兼容性也有更高的要求。電力電子裝置高頻化 濾波器、變壓器體積和重量減小，電力電子裝置小型化、輕量化。 開關(guān)損耗增加，電磁干擾增大。l軟開關(guān)技術(shù) 降低開關(guān)損耗和開關(guān)噪聲。 進(jìn)一步提高開關(guān)頻率。 開關(guān)過程中電壓和電流均不為零，出現(xiàn)了重疊。 電壓、電流變化很快，波形出現(xiàn)明顯得過沖，導(dǎo)致開關(guān)噪聲。圖71 硬開關(guān)的開關(guān)過程t0a）硬開關(guān)的開通過程b）硬開關(guān)的關(guān)斷過程uiP0uituuiiP00 在原電路中增加了小電感、電容等諧振元件，在開關(guān)過程前后引入諧振，消除電壓、電流的重疊。 降低開關(guān)損耗和開關(guān)噪聲。uiP0uitt0uiP0uitt0

2、a）軟開關(guān)的開通過程b）軟開關(guān)的關(guān)斷過程圖72 軟開關(guān)的開關(guān)過程當(dāng)不指出是開通或是關(guān)斷，僅稱零電壓開關(guān)零電壓開關(guān)和零電流開關(guān)零電流開關(guān)?？侩娐分械闹C振來實(shí)現(xiàn)。圖73基本開關(guān)單元的概念a）基本開關(guān)單元b）降壓斬波器中的基本開關(guān)單元c）升壓斬波器中的基本開關(guān)單元d）升降壓斬波器中的基本開關(guān)單元分別介紹三類軟開關(guān)電路可分為： 用于逆變器的諧振直流環(huán)節(jié)電路(Resonant DC Link）。圖7-4 準(zhǔn)諧振電路的基本開關(guān)單元c)零電壓開關(guān)多諧振電路的基本開關(guān)單元 電壓開關(guān)多諧振電路 (Zero-Voltage-Switching Multi-ResonantConverterZVS MRC）b)零電

3、流開關(guān)準(zhǔn)諧振電路的基本開關(guān)單元 零電流開關(guān)準(zhǔn)諧振電路 (Zero-Current-Switching Quasi-Resonant ConverterZCS QRC） a)零電壓開關(guān)準(zhǔn)諧振電路的基本開關(guān)單元 零電壓開關(guān)準(zhǔn)諧振電路 (Zero-Voltage-Switching Quasi-Resonant ConverterZVS QRC） 2）零開關(guān)PWM電路l 引入了輔助開關(guān)來控制諧振的開始時(shí)刻，使諧振僅發(fā)生于開關(guān)過程前后。零開關(guān)PWM電路可以分為：l 特點(diǎn)： 電路在很寬的輸入電壓范圍內(nèi)和從零負(fù)載到滿載都能工作在軟開關(guān)狀態(tài)。 電路中無功功率的交換被削減到最小，這使得電路效率有了進(jìn)一步提高。

4、b)零電流開關(guān)PWM電路的基本開關(guān)單元圖75 零開關(guān)PWM電路的基本開關(guān)單元 零電流開關(guān)PWM電路（Zero-Current-Switching PWM ConverterZCS PWM）a)零電壓開關(guān)PWM電路的基本開關(guān)單元 零電壓開關(guān)PWM電路（Zero-Voltage-Switching PWM ConverterZVS PWM） 3）零轉(zhuǎn)換PWM電路 l采用輔助開關(guān)控制諧振的開始時(shí)刻，但諧振電路是與主開關(guān)并聯(lián)的。零轉(zhuǎn)換PWM電路可以分為：l 特點(diǎn)：特點(diǎn)： 電路在很寬的輸入電壓范圍內(nèi)和從零負(fù)載到滿載都能工作在軟開關(guān)狀態(tài)。 電路中無功功率的交換被削減到最小，這使得電路效率有了進(jìn)一步提高。b

5、）零電流轉(zhuǎn)換PWM電路的基本開關(guān)單元圖76 零轉(zhuǎn)換PWM電路的基本開關(guān)單元 零電流轉(zhuǎn)換PWM電路（Zero-Current Transition PWM ConverterZVT PWM）a）零電壓轉(zhuǎn)換PWM電路的基本開關(guān)單元 零電壓轉(zhuǎn)換PWM電路（Zero-Voltage-Transition PWM ConverterZVT PWM）1）電路結(jié)構(gòu)以降壓型降壓型為例分析工作原理。假設(shè)電感L和電容C很大，可等效為電流源和電壓源，并忽略電路中的損耗。圖7-7 零電壓開關(guān)準(zhǔn)諧振電路原理圖rrddCLuItC2）工作原理t0t1時(shí)段的等效電路圖7-8零電壓開關(guān)準(zhǔn)諧振電路的理想波形圖7-7 零電壓開關(guān)

6、準(zhǔn)諧振電路原理圖t1t2時(shí)段的等效電路缺點(diǎn)缺點(diǎn)：諧振電壓峰值將高于輸入電壓Ui的2倍，增加了對開關(guān)器件耐壓的要求。 105圖7-8零電壓開關(guān)準(zhǔn)諧振電路的理想波形圖7-7 零電壓開關(guān)準(zhǔn)諧振電路原理圖1）電路結(jié)構(gòu)圖 7-11 諧振直流環(huán)電路原理圖 由于電壓型逆變器的負(fù)載通常為感性，而且在諧振過程中逆變電路的開關(guān)狀態(tài)是不變的，因此分析時(shí)可將電路等效。圖 7-12 諧振直流環(huán)電路的等效電路 圖 7-13 諧振直流環(huán)電路的理想化波形 圖 7-12 諧振直流環(huán)電路的等效電路 t 0t1時(shí)段：t0時(shí)刻之前，開關(guān)S處于通態(tài)，iLrIL。t0時(shí)刻S關(guān)斷，電路中發(fā)生諧振。iLr對Cr充電，t1時(shí)刻，uCr=Ui。

7、 t1t2時(shí)段：t1時(shí)刻，諧振電流iLr達(dá)到峰值。 t1時(shí)刻以后，iLr繼續(xù)向Cr充電，直到t2時(shí)刻iLr=IL，uCr達(dá)到諧振峰值。2）工作原理電壓諧振峰值很高，增加了對開關(guān)器件耐壓耐壓的要求。圖 7-13 諧振直流環(huán)電路的理想化波形 圖 7-12 諧振直流環(huán)電路的等效電路 圖 7-14 移相全橋零電壓開關(guān)PWM電路圖 7-15 移相全橋電路的理想化波形 在開關(guān)周期TS內(nèi)，每個(gè)開關(guān)導(dǎo)通時(shí)間都略小于TS/2，而關(guān)斷時(shí)間都略大于TS/2； 同一半橋中兩個(gè)開關(guān)不同時(shí)處于通態(tài)，每個(gè)開關(guān)關(guān)斷到另一個(gè)開關(guān)開通都要經(jīng)過一定的死區(qū)時(shí)間。圖 7-15 移相全橋電路的理想化波形圖 7-16 移相全橋電路在t0t1階段的等效電路 t0t1時(shí)段：S1與S4導(dǎo)通，直到t1時(shí)刻S1關(guān)斷。 t1t2時(shí)段：t1時(shí)刻開關(guān)S1關(guān)斷后，電容Cs1、Cs2與電感Lr、L構(gòu)成諧振回路， uA不斷下降，直到uA=0，VDS2導(dǎo)通，電流iLr通過VDS2續(xù)流。 t2t3時(shí)段：t2時(shí)刻開關(guān)S2開通，由于此時(shí)其反并聯(lián)二極管VDS2正處于導(dǎo)通狀態(tài)，因此S2為零電壓開通。圖 7-15 移相全橋電路的理想化波形圖 7-17移相全橋電路在t3t4階段的等效電路圖 7-15 移相全橋電路的理想化波形圖 7-15 移相全橋電路的理想化波形圖7-18 升壓型零電壓轉(zhuǎn)換PWM電路的原理圖圖7-19 升