第六章軟開(kāi)關(guān)技術(shù)

通信電源部分——黃小軍電磁環(huán)境部分——李書(shū)芳第5章軟開(kāi)關(guān)技術(shù)簡(jiǎn)述---引言現(xiàn)代電力電子設(shè)備的發(fā)展趨勢(shì)小型化、輕量化、效率高、對(duì)電磁兼容性也有更高的要求。電力電子設(shè)備高頻化設(shè)備的開(kāi)關(guān)頻率越高，濾波器、變壓器體積和重量減小，電力電子裝置就小型化、輕量化。設(shè)備的開(kāi)關(guān)頻率越高，開(kāi)關(guān)損耗增加，電磁干擾增大。軟開(kāi)關(guān)技術(shù)降低開(kāi)關(guān)損耗和開(kāi)關(guān)噪聲。進(jìn)一步提高開(kāi)關(guān)頻率。5.1.1開(kāi)關(guān)損耗的產(chǎn)生---硬開(kāi)關(guān)硬開(kāi)關(guān)與開(kāi)關(guān)損耗：開(kāi)關(guān)過(guò)程中，高頻開(kāi)關(guān)管兩端的電壓和其流過(guò)的電流均不為零，出現(xiàn)了重疊,在開(kāi)關(guān)過(guò)程中沒(méi)有引入其它電路（或方法）改善電壓和電流的波形來(lái)減少它們的重疊，沒(méi)有減少開(kāi)關(guān)損耗。電壓、電流變化很快，波形出現(xiàn)明顯的過(guò)沖，導(dǎo)致開(kāi)關(guān)噪聲。t0a）硬開(kāi)關(guān)的開(kāi)通過(guò)程b）硬開(kāi)關(guān)的關(guān)斷過(guò)程圖9－1硬開(kāi)關(guān)的開(kāi)關(guān)過(guò)程uiP0uituuiiP005.1.2軟開(kāi)關(guān)技術(shù)的提出---軟開(kāi)關(guān)軟開(kāi)關(guān)：在原電路中增加了小電感、電容等諧振元件，在開(kāi)關(guān)過(guò)程前后引入諧振，消除電壓、電流的重疊，從而減少開(kāi)關(guān)損耗。降低開(kāi)關(guān)損耗和開(kāi)關(guān)噪聲。問(wèn):在此以前我們講到的開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓器和開(kāi)關(guān)直流變換器中的開(kāi)關(guān)是硬開(kāi)關(guān)還是軟開(kāi)關(guān)?一、零電流開(kāi)關(guān)（ZCS開(kāi)關(guān)）

開(kāi)通關(guān)斷PuceicPonPoff=000ubettt

圖5.2零電流開(kāi)關(guān)波形圖●

零電流關(guān)斷：在開(kāi)關(guān)管關(guān)斷前，使其電流減小到零，然后關(guān)斷，這就是零電流關(guān)斷。●

零電流開(kāi)通：在開(kāi)關(guān)管開(kāi)通時(shí)，在開(kāi)關(guān)管兩端的電壓下降到導(dǎo)通飽和壓降之前,使其流過(guò)的電流保持為零，或者限制電流的上升率，從而減小電流與電壓的交疊區(qū)，大大減小了開(kāi)通損耗，這就是所謂的零電流開(kāi)通。實(shí)現(xiàn)的基本思想：給開(kāi)關(guān)管串聯(lián)一個(gè)電感，在開(kāi)關(guān)管開(kāi)通時(shí)電感能延緩開(kāi)通后電流上升的速率，減少電壓和電流的重疊，降低了開(kāi)通損耗。

改變開(kāi)關(guān)管在開(kāi)關(guān)過(guò)程中的電流波形,使電流和電壓的沒(méi)有交疊或減少交疊區(qū).5.1.3

軟開(kāi)關(guān)---零電流開(kāi)關(guān)、零電壓開(kāi)關(guān)1、ZCS（零電流）準(zhǔn)諧振開(kāi)關(guān)

LrS1Cr(a)L型LrS1Cr(b)M型圖5-15零電流準(zhǔn)諧振開(kāi)關(guān)開(kāi)通關(guān)斷PuceicPonPoff=000ubettt

圖5.2零電流開(kāi)關(guān)波形圖工作原理?在S1導(dǎo)通之前，Lr的電流為零；

?當(dāng)S1導(dǎo)通時(shí)，Lr限制S1中電流的上升率，從而實(shí)現(xiàn)

S1的零電流開(kāi)通；

?S1關(guān)斷時(shí)，Lr和Cr諧振工作使Lr的電流回到零，從而實(shí)現(xiàn)S1的零電流關(guān)斷。準(zhǔn)諧振ZCS開(kāi)關(guān)：諧振電路中的電流和電壓波形為正弦半波，所以為準(zhǔn)諧振零電流開(kāi)關(guān)。ZCS(零電流)諧振開(kāi)關(guān)應(yīng)用在各種開(kāi)關(guān)變換器中：(a)升壓型電路中的零電流諧振開(kāi)關(guān)M型L型Cr+RLUiLLrCoS1VD1+UiLLrCoCrRLS1VD1(b)反相型電路中的零電流諧振開(kāi)關(guān)L型M型LrS1CrCoL+UiRLVD1LrS1CrCoL+UiRLVD1(c)反激型電路中的零電流諧振開(kāi)關(guān)L型M型圖5-17零電流諧振開(kāi)關(guān)在各種開(kāi)關(guān)變換器中的應(yīng)用Cr+RLUiLrCoS1VD1+RLCoCrUiLrS1VD1請(qǐng)同學(xué)來(lái)畫(huà)一下降壓型電路中的零電流諧振開(kāi)關(guān)準(zhǔn)諧振變換電路zcs2、ZCS-PWM開(kāi)關(guān)

ZCS準(zhǔn)諧振開(kāi)關(guān)（L型）LrS1CrLrS1CrS2ZCS-PWM開(kāi)關(guān)

（L型）

在準(zhǔn)諧振變換器中引入了一個(gè)輔助開(kāi)關(guān)管S2來(lái)控制諧振的開(kāi)始時(shí)刻，使諧振僅發(fā)生于開(kāi)關(guān)過(guò)程前后，諧振元件的諧振工作時(shí)間比準(zhǔn)諧振電路的更短，電路中無(wú)功功率的交換被削減到很小。S2能控制諧振周期，S1的開(kāi)關(guān)就可以用PWM控制。

含有ZCS-PWM開(kāi)關(guān)的電路叫零電流開(kāi)關(guān)PWM變換器

比如：降壓型ZCS-PWM變換器LrS1CrVD1VDUiiLrCoUoL+-uCrRL+-VD2S2降壓型ZCSPWM變換器b）ZCT開(kāi)關(guān)ZVT和ZCT開(kāi)關(guān)(b)降壓型SUiUoCoVD1LCrS1VD3LrVD2VDUiUoCoS1VD3LCrS2VDLrVD2VD1(c)反相型圖5-56ZCTPWM變換器的基本電路結(jié)構(gòu)3、

ZCT開(kāi)關(guān)

帶有輔助開(kāi)關(guān)管的諧振電路與主開(kāi)關(guān)并聯(lián)，諧振電路只是在主開(kāi)關(guān)管開(kāi)關(guān)時(shí)工作，其他時(shí)候不工作，這樣輔助諧振電路的損耗很小。含有ZCT開(kāi)關(guān)的電路叫零電流轉(zhuǎn)換PWM變換器

比如：降壓型ZCTPWM變換器等。二、零電壓開(kāi)關(guān)（ZVS）

tttubeuceic開(kāi)通關(guān)斷00PPon=0Poff圖5.3零電壓開(kāi)關(guān)波形圖●零電壓開(kāi)通：在開(kāi)關(guān)管開(kāi)通前，先使開(kāi)關(guān)管兩端的電壓下降到零，然后驅(qū)動(dòng)開(kāi)關(guān)管開(kāi)通,此時(shí)增大的電流與電壓沒(méi)有交疊,這就是所謂的零電壓開(kāi)通?！窳汶妷宏P(guān)斷：在開(kāi)關(guān)管關(guān)斷時(shí)，在電流下降的同時(shí),使其電壓保持在零，或者限制電壓的上升率，從而減小電流與電壓的交疊區(qū)，大大減小了關(guān)斷損耗，這就是所謂的零電壓關(guān)斷。實(shí)現(xiàn)的基本思想是給開(kāi)關(guān)管并聯(lián)電容，當(dāng)開(kāi)關(guān)管關(guān)斷時(shí)，電容能延緩關(guān)斷后電壓上升的速率，從而降低關(guān)斷損耗?！裰灰軐?shí)現(xiàn)上面兩點(diǎn)中的任何之一，都稱為零電壓開(kāi)關(guān)（ZVS開(kāi)關(guān)）。

改變開(kāi)關(guān)管在開(kāi)關(guān)過(guò)程中的電壓波形,使電壓和電流沒(méi)有交疊或減少交疊區(qū).1、ZVS(零電壓)準(zhǔn)諧振開(kāi)關(guān)

工作原理：在S1導(dǎo)通過(guò)程中，Cr上的電壓為零；

當(dāng)S1關(guān)斷時(shí)，Cr限制S1上電壓的上升率，從而實(shí)現(xiàn)

S1的零電壓關(guān)斷；

S1導(dǎo)通之前，Lr和Cr諧振工作先使Cr的電壓回到零時(shí)，才開(kāi)通S1，從而實(shí)現(xiàn)S1的零電壓開(kāi)通。LrS1CrLrS1Cr(a)M型(b)L型圖5-18零電壓諧振開(kāi)關(guān)tttubeuceic開(kāi)通關(guān)斷00PPon=0Poff圖5.3零電壓開(kāi)關(guān)波形圖準(zhǔn)諧振ZVS開(kāi)關(guān)：諧振電路中的電流和電壓波形為正弦半波，所以為準(zhǔn)諧振零電壓開(kāi)關(guān)。ZVS(零電壓)諧振開(kāi)關(guān)應(yīng)用在各種開(kāi)關(guān)變換器中：(a)反相型電路中的零電壓諧振開(kāi)關(guān)L型M型LrS1CrCoL+UiRLVD1VD1LrS1CrCoL+UiRL(c)反激型電路中的零電壓諧振開(kāi)關(guān)L型M型圖5-20零電壓諧振開(kāi)關(guān)在各種開(kāi)關(guān)變換器中的應(yīng)用+RLCoUiLrS1CrVD1+CoCrUiLrS1VD1RL請(qǐng)同學(xué)來(lái)畫(huà)一下零電壓開(kāi)關(guān)準(zhǔn)諧振升壓型變換器主電路零電壓準(zhǔn)諧振變換器ZVS

含有ZVS準(zhǔn)諧振開(kāi)關(guān)的變換器叫準(zhǔn)諧振變換器，是最早出現(xiàn)的軟開(kāi)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(wú)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(lái)控制。

比如：零電壓開(kāi)關(guān)準(zhǔn)諧振降壓型變換器、半橋式零電壓準(zhǔn)諧振變換器、零電壓開(kāi)關(guān)準(zhǔn)諧振升壓型變換器等等。2、

ZVS-PWM開(kāi)關(guān)

ZVS準(zhǔn)諧振開(kāi)關(guān)（M型）LrS1CrZVS-PWM開(kāi)關(guān)（M型）LrS1CrCrS2

在準(zhǔn)諧振變換器中引入了一個(gè)輔助開(kāi)關(guān)管S2來(lái)控制諧振的開(kāi)始時(shí)刻，使諧振僅發(fā)生于開(kāi)關(guān)過(guò)程前后，諧振元件的諧振工作時(shí)間比準(zhǔn)諧振電路的更短，電路中無(wú)功功率的交換被削減到很小。S2能控制諧振周期，S1的開(kāi)關(guān)就可以用PWM控制。

含有ZVS-PWM開(kāi)關(guān)的電路叫零電壓開(kāi)關(guān)PWM變換器

比如：正激型零電壓PWM變換器等等。3、

ZVT開(kāi)關(guān)

a）ZVT開(kāi)關(guān)

帶有輔助開(kāi)關(guān)管的諧振電路與主開(kāi)關(guān)并聯(lián)，諧振電路只是在主開(kāi)關(guān)管開(kāi)關(guān)時(shí)工作，其他時(shí)候不工作，這樣輔助諧振電路的損耗很小。SUiUoCoVD1LCrS1VDLr(b)降壓型UiUoCoSVD1LCrS1VDLr(c)反相型圖5-52ZVTPWM變換器的基本電路結(jié)構(gòu)含有ZVT開(kāi)關(guān)的電路叫零電壓轉(zhuǎn)換PWM變換器

比如：升壓型ZVTPWM變換器等。5.1.3三種軟開(kāi)關(guān)總結(jié)

?

準(zhǔn)諧振ZVS/ZCS開(kāi)關(guān)

：諧振電路中的電流和電壓波形為正弦半波。這類變換器的特點(diǎn)是采用變頻控制。而且電壓和電流應(yīng)力很大，一般應(yīng)用于小功率、低電壓的場(chǎng)合。在開(kāi)關(guān)電源中,含有準(zhǔn)諧振ZVS/ZCS開(kāi)關(guān)的電路叫準(zhǔn)諧振變換電路。多諧振開(kāi)關(guān)：應(yīng)用兩個(gè)以上的元件，實(shí)現(xiàn)多個(gè)諧振頻率，含有多諧振開(kāi)關(guān)的電路稱為多諧振變換器。?

ZVS-PWM和ZCS-PWM開(kāi)關(guān)

：在準(zhǔn)諧振變換器中引入了一個(gè)輔助開(kāi)關(guān)管來(lái)控制諧振的開(kāi)始時(shí)刻，使諧振僅發(fā)生于開(kāi)關(guān)過(guò)程前后，諧振元件的諧振工作時(shí)間比準(zhǔn)諧振電路的更短，電路中無(wú)功功率的交換被削減到很小。采用PWM控制。含有ZVS-PWM和ZCS-PWM開(kāi)關(guān)的電路叫零開(kāi)關(guān)PWM變換器

?

ZVT和ZCT開(kāi)關(guān)：帶有輔助開(kāi)關(guān)管的諧振電路與主開(kāi)關(guān)并聯(lián)，諧振電路只是在主開(kāi)關(guān)管開(kāi)關(guān)時(shí)工作，其他時(shí)候不工作，這樣輔助諧振電路的損耗很小。輔助電路的工作不會(huì)增加主開(kāi)關(guān)管的電壓和電流應(yīng)力，主開(kāi)關(guān)管的電壓和電流應(yīng)力很小。采用PWM控制，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(kāi)關(guān)狀態(tài)。含有ZVT和ZCT開(kāi)關(guān)的電路叫零轉(zhuǎn)換PWM變換器一、軟開(kāi)關(guān):零電流開(kāi)關(guān)和零電壓開(kāi)關(guān)。二、軟開(kāi)關(guān)技術(shù)實(shí)現(xiàn)電路有以下三種：準(zhǔn)諧振變換器：零電流準(zhǔn)諧振變換器零電壓準(zhǔn)諧振變換器零開(kāi)關(guān)PWM變換器：ZCSPWM變換器ZVSPWM變換器零轉(zhuǎn)換PWM變換器:ZCTPWM變換器ZVTPWM變換器三、軟開(kāi)關(guān)技術(shù)三種實(shí)現(xiàn)電路的不同之處：1、引入LC電路結(jié)構(gòu)不同2、諧振時(shí)間在開(kāi)關(guān)周期中的長(zhǎng)短不同3、無(wú)功功率的大小不同4、諧振電壓的峰值不同，對(duì)器件耐壓的要求不同

LrS1LCrVDCoUiRLiLrVD1問(wèn)題:電路的全稱？軟開(kāi)關(guān)分類——與書(shū)里的電路

零電流或零電壓軟開(kāi)關(guān)分為諧振開(kāi)關(guān)和非諧振開(kāi)關(guān)。諧振開(kāi)關(guān)可分為以下幾類：?

準(zhǔn)諧振ZVS/ZCS開(kāi)關(guān)

：又叫做準(zhǔn)諧振零電壓開(kāi)關(guān)和準(zhǔn)諧振零電流開(kāi)關(guān)。在開(kāi)關(guān)電源中,含有準(zhǔn)諧振ZVS/ZCS開(kāi)關(guān)的電路叫準(zhǔn)諧振變換電路。比如：零電流開(kāi)關(guān)準(zhǔn)諧振降壓型變換器P90、半橋式零電流準(zhǔn)諧振變換器P95、零電壓開(kāi)關(guān)準(zhǔn)諧振升壓型變換器P99等等。?

ZVS-PWM和ZCS-PWM開(kāi)關(guān)

：又叫做零電壓PWM開(kāi)關(guān)和零電流PWM開(kāi)關(guān)。含有ZVS-PWM和Z