第七章-軟開關(guān)技術(shù)

《電力電子技術(shù)》

電子教案第7章軟開關(guān)技術(shù)2023/1/131目錄概述7.1軟開關(guān)的基本概念

7.1.1硬開關(guān)與軟開關(guān)

7.1.2零電壓開關(guān)與零電流開關(guān)7.2軟開關(guān)電路的分類7.3典型的軟開關(guān)電路

7.3.1零電壓開關(guān)準(zhǔn)諧振電路

7.3.2諧振直流環(huán)

7.3.3移相全橋型零電壓開關(guān)PWM電路

7.3.4零電壓轉(zhuǎn)換PWM電路本章小結(jié)概述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。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。7.1.1硬開關(guān)與軟開關(guān)硬開關(guān)：開關(guān)的開通和關(guān)斷過程伴隨著電壓和電流的劇烈變化。產(chǎn)生較大的開關(guān)損耗和開關(guān)噪聲。軟開關(guān)：在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，使開關(guān)條件得以改善。降低開關(guān)損耗和開關(guān)噪聲。軟開關(guān)有時(shí)也被成為諧振開關(guān)。工作原理：軟開關(guān)電路中S關(guān)斷后Lr與Cr間發(fā)生諧振，電路中電壓和電流的波形類似于正弦半波。諧振減緩了開關(guān)過程中電壓、電流的變化，而且使S兩端的電壓在其開通前就降為零。7.1.2零電壓開關(guān)與零電流開關(guān)軟開關(guān)分類零電壓開關(guān)：使開關(guān)開通前其兩端電壓為零，則開關(guān)開通時(shí)就不會(huì)產(chǎn)生損耗和噪聲，這種開通方式稱為零電壓開通，簡稱零電壓開關(guān)。圖7-1

零電壓開關(guān)準(zhǔn)諧振電路及波形a）電路圖b）理想化波形（顯示放大圖）7.1.2零電壓開關(guān)與零電流開關(guān)零電流開關(guān)：使開關(guān)關(guān)斷前其電流為零，則開關(guān)關(guān)斷時(shí)也不會(huì)產(chǎn)生損耗和噪聲，這種關(guān)斷方式稱為零電流關(guān)斷，簡稱零電流開關(guān)。7.1.2零電壓開關(guān)與零電流開關(guān)零電壓開通和零電流關(guān)斷要靠電路中的諧振來實(shí)現(xiàn)。零電壓關(guān)斷：與開關(guān)并聯(lián)的電容能使開關(guān)關(guān)斷后電壓上升延緩，從而降低關(guān)斷損耗，有時(shí)稱這種關(guān)斷過程為零電壓關(guān)斷。零電流開通：與開關(guān)相串聯(lián)的電感能使開關(guān)開通后電流上升延緩，降低了開通損耗，有時(shí)稱之為零電流開通。簡單的利用并聯(lián)電容實(shí)現(xiàn)零電壓關(guān)斷和利用串聯(lián)電感實(shí)現(xiàn)零電流開通一般會(huì)給電路造成總損耗增加、關(guān)斷過電壓增大等負(fù)面影響，因此是得不償失的。7.2軟開關(guān)電路的分類根據(jù)開關(guān)元件開通和關(guān)斷時(shí)電壓電流狀態(tài)，分為零電壓電路和零電流電路兩大類。根據(jù)軟開關(guān)技術(shù)發(fā)展的歷程可以將軟開關(guān)電路分成準(zhǔn)諧振電路、零開關(guān)PWM電路和零轉(zhuǎn)換PWM電路。每一種軟開關(guān)電路都可以用于降壓型、升壓型等不同電路，可以從基本開關(guān)單元導(dǎo)出具體電路。7.2軟開關(guān)電路的分類圖7-3基本開關(guān)單元的概念（顯示放大圖）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

本章小結(jié)本章的重點(diǎn)為：1）軟開關(guān)技術(shù)通過在電路中引入諧振改善了開關(guān)的開關(guān)條件，大大降低了硬開關(guān)電路存在的開關(guān)損耗和開關(guān)噪聲問題。2）軟開關(guān)技術(shù)總的來說可以分為零電壓和零電流兩類。按照其出現(xiàn)的先后，可以將其分為準(zhǔn)諧振、零開關(guān)PWM和零轉(zhuǎn)換PWM三大類。每一類都包含基本拓?fù)浜捅姸嗟呐缮負(fù)洹?）零電壓開關(guān)準(zhǔn)諧振電路、零電壓開關(guān)PWM電路和零電壓轉(zhuǎn)換PWM電路分別是三類軟開關(guān)電路的代表；諧振直流環(huán)電路是軟開關(guān)技術(shù)在逆變電路中的典型應(yīng)用。圖7-1

零電壓開關(guān)準(zhǔn)諧振電路及波形a）電路圖b）理想化波形返回圖7-2

硬開關(guān)電路及波形a）電路圖b）理想化波形返回圖7-3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)單元返回圖7-4

準(zhǔn)諧振電路的基本開關(guān)單元a）零電壓開關(guān)準(zhǔn)諧振電路的基本開關(guān)單元

b）零電流開關(guān)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)單元返回圖7-5

零開關(guān)PWM電路的基本開關(guān)單元a）零電壓開關(guān)PWM電路的基本開關(guān)單元b）零電流開關(guān)PWM電路的基本開關(guān)單元返回圖7-6

零轉(zhuǎn)換PWM電路的基本開關(guān)單元a）零電壓轉(zhuǎn)換PWM電路的基本開關(guān)單元b）零電流轉(zhuǎn)換PWM電路的基本開關(guān)單元返回圖7-7

零電壓開關(guān)準(zhǔn)諧振電路原理圖返回圖7-8

零電壓開關(guān)準(zhǔn)諧振電路的理想化波形返回圖7-9\10準(zhǔn)諧振電路等效電路圖7-9

零電壓開關(guān)準(zhǔn)諧振電路在t0~t1時(shí)段等效電路圖7-10

零電壓開關(guān)準(zhǔn)諧振電路在t1~t2時(shí)段等效電路返回圖7-11

諧振直流環(huán)電路原理圖返回圖7-12諧振直流環(huán)電路的等效電路返回圖7-13諧振直流環(huán)電路的理想化波形返回圖7-14移相全橋零電壓開關(guān)PWM電路返回圖7-15移相全橋電路的理想化波形返回圖7-16

移相全橋電路在t1~t2階段的等效電路圖返回圖7-17

移相全橋電路在t3~t4階段的等效電路返回圖7-18

升壓型零電壓轉(zhuǎn)換PWM電路的原理返回圖7-19升壓型零電壓轉(zhuǎn)換PWM電路的理想化波形返回圖7-20

升壓型零電壓轉(zhuǎn)換PWM電路在t1