軟開關(guān)技術(shù)課件

第8章軟開關(guān)技術(shù)

引言

8.1軟開關(guān)的基本概念

8.2軟開關(guān)電路的分類

8.3典型的軟開關(guān)電路現(xiàn)代電力電子裝置的發(fā)展趨勢小型化和輕量化對效率和電磁兼容性也有更高的要求。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和輕量化。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。8.1軟開關(guān)的基本概念8.1.1硬開關(guān)和軟開關(guān)

8.1.2零電壓開關(guān)和零電流開關(guān)8.1.1硬開關(guān)和軟開關(guān)硬開關(guān)：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8－1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軟開關(guān)：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。uiP0uitt0uiP0uitt0a）軟開關(guān)的開通過程b）軟開關(guān)的關(guān)斷過程圖8－2軟開關(guān)的開關(guān)過程8.1.2零電壓開關(guān)和零電流開關(guān)零電壓開通開關(guān)開通前其兩端電壓為零——開通時(shí)不會產(chǎn)生損耗和噪聲。零電流關(guān)斷開關(guān)關(guān)斷前其電流為零——關(guān)斷時(shí)不會產(chǎn)生損耗和噪聲。零電壓關(guān)斷與開關(guān)并聯(lián)的電容能延緩開關(guān)關(guān)斷后電壓上升的速率，從而降低關(guān)斷損耗。零電流開通與開關(guān)串聯(lián)的電感能延緩開關(guān)開通后電流上升的速率，降低了開通損耗。8.2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。8.2軟開關(guān)電路的分類

1）準(zhǔn)諧振電路－準(zhǔn)諧振電路中電壓或電流的波形為正弦半波，因此稱之為準(zhǔn)諧振。是最早出現(xiàn)的軟開關(guān)電路。

特點(diǎn)：諧振電壓峰值很高，要求器件耐壓必須提高；諧振電流有效值很大，電路中存在大量無功功率的交換，電路導(dǎo)通損耗加大；諧振周期隨輸入電壓、負(fù)載變化而改變，因此電路只能采用脈沖頻率調(diào)制（PulseFrequencyModulation—PFM）方式來控制。分別介紹三類軟開關(guān)電路

2）零開關(guān)PWM電路引入了輔助開關(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。

特點(diǎn)：電壓和電流基本上是方波，只是上升沿和下降沿較緩，開關(guān)承受的電壓明顯降低。電路可用開關(guān)頻率固定的PWM控制方式。3）零轉(zhuǎn)換PWM電路采用輔助開關(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。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。8.3典型的軟開關(guān)電路

8.3.1零電壓開關(guān)準(zhǔn)諧振電路

8.3.2諧振直流環(huán)

8.3.3移相全橋型零電壓開關(guān)PWM電路

8.3.4零電壓轉(zhuǎn)換PWM電路高功率因數(shù)校正軟開關(guān)AC/DC

變換主電路零電壓轉(zhuǎn)換PWM電路零電壓轉(zhuǎn)換PWM電路零電壓轉(zhuǎn)換PWM電路波形圖

零電壓轉(zhuǎn)換PWM電路一周期內(nèi)各運(yùn)行模式分析

零電壓轉(zhuǎn)換PWM電路各個(gè)階段等效工作原理圖系統(tǒng)的總技術(shù)指標(biāo)輸入電壓：單相交流220±10%V輸入頻率：50Hz/60Hz輸出電壓：48V輸出電流：20A電壓調(diào)整率±2，紋波電壓峰-峰值小于240mV效率大于90%，功率因數(shù)大于98%開關(guān)頻率：f=100kHz零電壓轉(zhuǎn)換PWM電路技術(shù)指標(biāo)單相交流:220±10%V輸入頻率：50/60Hz輸出電壓：直流380V效率：大于95%功率因數(shù)：PF≥99%開關(guān)頻率：f=100kHz零電壓轉(zhuǎn)換PWM電路參數(shù)設(shè)計(jì)根據(jù)普通升壓型（Boost）變換器計(jì)算下列參數(shù)1.升壓電感設(shè)計(jì)L

計(jì)算出L=470uH2.輸出電容Co

計(jì)算出Co=2200uF3.諧振電感設(shè)計(jì)Lr

計(jì)算出Lr=8.3uH4.諧振電容Cr

計(jì)算出Cr=479pF

為了驗(yàn)證零電壓轉(zhuǎn)換PWM電路元器件參數(shù)的正確性，在Pspice軟件中進(jìn)行了仿真分析。下圖所示為零電壓轉(zhuǎn)換PWM電路的Pspice仿真模型圖。

根據(jù)前面的理論分析，最后的仿真及實(shí)驗(yàn)參數(shù)為：輸入電壓Vin為單相220V，升壓電感L為470uH，諧振電感Lr為8.3uH，諧振電感Cr為479pF，輸出濾波電容Co為2200uF，開關(guān)頻率f為100kHz。零電壓轉(zhuǎn)換PWM電路在Pspice中的

仿真分析零電壓轉(zhuǎn)換PWM電路Pspice仿真模型

主開關(guān)管Tr和輔助開關(guān)管Tr1驅(qū)動波形圖主開關(guān)管Tr驅(qū)動波形、漏源電流波形和電壓波形圖

輸入交流電壓和交流波形圖

輸出電壓和輸出電流波形圖

移相全橋零電壓開關(guān)PWM電路理想工作波形圖移相全橋零電壓開關(guān)電路設(shè)計(jì)

技術(shù)指標(biāo)基本條件：電路形式：全橋移相變壓器工作頻率：100kHz變壓器輸入電壓：380V輸出電壓：直流48V輸出電流：20A整流電路形式：中心抽頭全波整流移相全橋零電壓開關(guān)PWM電路參數(shù)設(shè)計(jì)根據(jù)移相全橋零電壓開關(guān)PWM電路計(jì)算下列參數(shù)1.變壓器原和副邊匝數(shù)比Ｋ計(jì)算出Ｋ＝32:62.輸出濾波電感設(shè)計(jì)Lf

計(jì)算出Lf=18.4uH3.輸出濾波電容Co

計(jì)算出Co=14.8uF4.諧振電感設(shè)計(jì)Lr

計(jì)算出Lr=80uH移相全橋零電壓開關(guān)PWM電路在Pspice中的仿真模型圖

移相全橋零電壓開關(guān)PWM電路驅(qū)動波形圖移相全橋零電壓開關(guān)PWM電路驅(qū)動波形圖輸出直流電壓波形圖人有了知識，就會具備各種分析能力，明辨是非的能力。所以我們要勤懇讀書，