第七章軟開關(guān)技術(shù)及其應(yīng)用

第7章軟開關(guān)技術(shù)及其應(yīng)用,7.1概述,7.1.1常規(guī)脈寬調(diào)制逆變器,所謂的硬開關(guān)轉(zhuǎn)換或硬開關(guān)（Hard-Switchingtransformation），因而存在如下的缺點(diǎn)：開關(guān)損耗大，限制了開關(guān)元件的工作頻率方波工作方式，產(chǎn)生較大的電磁干擾，電路存在著較大的動(dòng)態(tài)電壓、電流應(yīng)力在開關(guān)過程中，要求開關(guān)元件有較大的安全工作區(qū)橋式電路拓?fù)洌嬖谥?、下橋臂直通短路的問題,圖7-1硬開關(guān)轉(zhuǎn)換過程中的電壓、電流波形和損耗,7.1.2軟開關(guān)技術(shù)及其基本思想,這種所謂的軟開關(guān)轉(zhuǎn)換其理論上開關(guān)損耗為零其軟開關(guān)逆變器的優(yōu)點(diǎn)如下：,1振式軟開關(guān)轉(zhuǎn)換無開關(guān)損耗，工作頻率高；2電磁干擾，開關(guān)轉(zhuǎn)換過程中動(dòng)態(tài)應(yīng)力??；3電能轉(zhuǎn)換效率高，無吸收電路，散熱器?。?上下橋臂直通短路問題不存在了。在諧振直流環(huán)節(jié)的逆變器中，上下橋臂直通成了一種合理的工作狀態(tài)。,諧振軟開關(guān)電路中，零電壓和零電流條件是由輔助的諧振電路所創(chuàng)造的。,(a)零電流型(b)零電壓型圖7-2諧振開關(guān),零電流型開關(guān)（ZCT）,零電壓型,7.2諧振直流環(huán)節(jié)逆變器,7.2.1諧振直流環(huán)節(jié)的基本原理,（a）一般電路（b）等效電路圖7-3諧振直流環(huán)節(jié)逆變器,（一）無損耗的諧振槽電路,圖7-4無損耗的諧振槽,（二）有損耗的諧振槽路,圖7-6有損耗的諧振槽路,圖7-7衰減振蕩波形,（三）開關(guān)的作用,圖7-8補(bǔ)充損耗的諧振槽路,7.2.2諧振直流環(huán)節(jié)逆變器電路分析,圖7-9一個(gè)諧振周期中的等效電路,（一）S1開通補(bǔ)充能量階段,圖7-10補(bǔ)充能量階段等效電路,圖7-11補(bǔ)充能量的電壓電流波形,（二）L、C諧振階段,圖7-12諧振階段的等效電路,圖7-13諧振階段的電壓電流波形,（三）VD1導(dǎo)通箝位階段,圖7-14VD1導(dǎo)通箝位階段等效電路,7.3極諧振型逆變器,諧振型軟開關(guān)逆變器大致上可分為兩類，一類稱為DC環(huán)節(jié)諧振型逆變器，它的特點(diǎn)是在原先硬開關(guān)電壓源逆變器的逆變橋與直流電壓源之前加入一個(gè)輔助諧振電路，使DC環(huán)節(jié)電壓產(chǎn)生諧振，周期性的為后面逆變橋開關(guān)提供零電壓間隔。另一類稱為極諧振型逆變器，這一類逆變器的共同特點(diǎn)是，輔助諧振電路從逆變橋之前移到了逆變橋之后。,圖7-15ADRPI原理電路,7.3.1ADRPI無負(fù)載時(shí)的工作原理,圖7-16ADRPI無負(fù)載時(shí)的工作波形,7.3.2ADRPI有負(fù)載電流時(shí)的工作原理,負(fù)載電流I00的工作過程分析,圖7-17ADRPI工作過程的等效電路,時(shí)間段：,時(shí)間段：,時(shí)間段：,時(shí)間段：,圖7-18ADRPI負(fù)載時(shí)的電壓電流波形,負(fù)載電流I00的工作過程分析,圖7-19I00時(shí)，考慮C1、C2影響的等效電路,圖7-21I00時(shí)，考慮C1、C2影響的等效電路,為了保證開關(guān)器件VT1和VT2實(shí)現(xiàn)零電壓或零電流軟開關(guān)操作的可靠性，必須要保證開關(guān)轉(zhuǎn)換瞬間電容電壓一定要過零。為此零電壓操作必須要檢測電容電壓，只有電容電壓過零的時(shí)刻才送并聯(lián)開關(guān)的開通驅(qū)動(dòng)信號(hào)，其邏輯電路如圖7-22所示。,圖7-22實(shí)現(xiàn)零電壓轉(zhuǎn)換的電容電壓檢測,7.3.4電路參數(shù)研究,圖7-23極小輸出時(shí)電壓電流波形,1.極諧振逆變器的最小輸出電壓與PWM的頻率成正比，越高最小輸出電壓也就越高，但是由于中包含有死區(qū)時(shí)間，因此最低輸出電壓不能小，即不能小2.最高輸出電壓與成反比，當(dāng)達(dá)到最高極限時(shí)，,即；,3.系統(tǒng)的PWM工作頻率不能取高，因?yàn)楣ぷ黝l率高造成輸出電壓下降和輸出電壓的變化范圍縮小4。諧振頻率成正比，但由于有死區(qū)時(shí)間的限制，不能高即不能高。最高的輸出頻率=,7.3.5ADRPI的應(yīng)用電路,圖7-24單相交流電路拓?fù)?圖7-25ADRPI三相交流電路拓?fù)?7-4移相控制軟開關(guān)PWM變換器（Phase-ShiftedSoft-TransformationPWMConverter）,7.4.1零電壓轉(zhuǎn)換的電路拓?fù)浼肮ぷ鬟^程,圖7-26全橋變換器主電路,1.超前橋臂VT1的關(guān)斷過程,2.Vd2,VT4同時(shí)導(dǎo)通的續(xù)流階段,3.滯后橋臂VT4關(guān)斷的諧振過程,4.VT3VT2同時(shí)導(dǎo)通，負(fù)半周傳送功率階段,5.超前橋臂VT2開關(guān)關(guān)斷過程,圖7-28T2關(guān)斷時(shí)C1C2恒流充放電過程,6.VDrVT3同時(shí)導(dǎo)通的續(xù)流階段,7.VT3關(guān)斷，C3,C4,Lr的諧振充放電過程,8.VT1VT4同時(shí)導(dǎo)通，正半周傳輸功率階段,7.4.2副方二極管換流和導(dǎo)通比丟失問題,圖7-30二極管換流過程,從工作過程分析可以看出，對(duì)于超前橋臂開關(guān)實(shí)現(xiàn)零電壓轉(zhuǎn)換是很容易的，因?yàn)槌皹虮坶_關(guān)轉(zhuǎn)換時(shí)，變壓器副方的影響是有助于實(shí)現(xiàn)零電壓轉(zhuǎn)換的，這時(shí)副方濾波電感折算到原方，即副方負(fù)載電流也折算到原方，使之轉(zhuǎn)換時(shí)C1C2的諧振充放電過程變成了恒流充放電過程。而滯后橋臂VT3VT4轉(zhuǎn)換時(shí)，由于副方二極管換流，變壓器副方通過二