第七章軟開關(guān)技術(shù)ppt課件

1、電力電子技術(shù)電子教案第第7章章 軟開關(guān)技術(shù)軟開關(guān)技術(shù)目錄目錄概述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v電力電子裝置高頻化電力電子裝置高頻化v濾波器、變壓器體積和重量減濾波器、變壓器體積和重量減小，電力電子裝置小型化、輕量小，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。開關(guān)損耗增加，電磁干擾增大。v軟開關(guān)技術(shù)軟開關(guān)技術(shù)v降低開關(guān)損耗和開關(guān)噪聲。降

2、低開關(guān)損耗和開關(guān)噪聲。v進(jìn)一步提高開關(guān)頻率。進(jìn)一步提高開關(guān)頻率。7.1.1 硬開關(guān)與軟開關(guān)v硬開關(guān)：硬開關(guān)：v開關(guān)的開通和關(guān)斷過程伴隨著電壓和電流的開關(guān)的開通和關(guān)斷過程伴隨著電壓和電流的劇烈變化。劇烈變化。v產(chǎn)生較大的開關(guān)損耗和開關(guān)噪聲。產(chǎn)生較大的開關(guān)損耗和開關(guān)噪聲。v軟開關(guān)：軟開關(guān)：v在電路中增加了小電感、電容等諧振元件，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)條件得以在開關(guān)過程前后引入諧振，使開關(guān)條件得以改善。改善。v降低開關(guān)損耗和開關(guān)噪聲。降低開關(guān)損耗和開關(guān)噪聲。v軟開關(guān)有時也被成為諧振開關(guān)。軟開關(guān)有時也被成為諧振開關(guān)。v工作原理：工作原理：v軟開關(guān)電路中軟開

3、關(guān)電路中S關(guān)斷后關(guān)斷后Lr與與Cr間發(fā)生諧振，間發(fā)生諧振，電路中電壓和電流的波形類似于正弦半波。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，諧振減緩了開關(guān)過程中電壓、電流的變化，而且使而且使S兩端的電壓在其開通前就降為零。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)v軟開關(guān)分類軟開關(guān)分類v零電壓開關(guān)：使開關(guān)開通前其兩端電壓為零，零電壓開關(guān)：使開關(guān)開通前其兩端電壓為零，則開關(guān)開通時就不會產(chǎn)生損耗和噪聲，這種則開關(guān)開通時就不會產(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)。開通方式稱為零電壓開通，簡稱零電壓開關(guān)。UiCrSVDSLrV

4、DLCARSuS (uCr)iLruVDt0t1t2t3t4t6t0tttttt5iSOOOOOa)b)圖圖7-1 零電壓開關(guān)準(zhǔn)諧振電路及波形零電壓開關(guān)準(zhǔn)諧振電路及波形a電路圖電路圖 b理想化波形理想化波形 （顯示放大圖）（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)斷時也不會產(chǎn)流為零，則開關(guān)關(guān)斷時也不會產(chǎn)生損耗和噪聲，這種關(guān)斷方式稱生損耗和噪聲，這種關(guān)斷方式稱為零電流關(guān)斷，簡稱零電流開關(guān)。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)v零電壓開通和零電流關(guān)斷要靠電路中的諧振來實現(xiàn)。v零電壓關(guān)斷：與開關(guān)

5、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，有時稱這種關(guān)斷過程為零電壓關(guān)斷。v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，有時稱之為零電流開通。v簡單的利用并聯(lián)電容實現(xiàn)零電壓關(guān)斷和利用串聯(lián)電感實現(xiàn)零電流開通一般會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v根據(jù)開關(guān)元件開通和關(guān)斷時電壓電流狀態(tài)，分為零電壓電路和零電流電路兩大類。v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。v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

6、.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VDSLLSVDLSVDVDSLa)b)c)d) 本章小結(jié)本章的重點(diǎn)為：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)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)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。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。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)按

7、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)換和零轉(zhuǎn)換PWM三大類。每一類都包含基本拓?fù)淙箢?。每一類都包含基本拓?fù)浜捅姸嗟呐缮負(fù)?。和眾多的派生拓?fù)洹?零電壓開關(guān)準(zhǔn)諧振電路、零電壓開關(guān)零電壓開關(guān)準(zhǔn)諧振電路、零電壓開關(guān)PWM電路和零電路和零電壓轉(zhuǎn)換電壓轉(zhuǎn)換PWM電路分別是三類軟開關(guān)電路的代表；諧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。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。圖圖7-1 零電壓開關(guān)準(zhǔn)諧振電路及波形零電壓開關(guān)準(zhǔn)諧振電路及波形UiCrSVDSLrVDLCARSuS (uCr)iLruVDt0t1t2t3t4t6t0ttttt

8、t5iSOOOOOa)b)a電路圖 b理想化波形 圖圖7-2 硬開關(guān)電路及波形硬開關(guān)電路及波形UiSVDLCRSuSiSuVDt0t1ttttOOOOa)b)a電路圖 b理想化波形圖圖 7-3 基本開關(guān)單元的概念基本開關(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VDSLLSVDLSVDVDSLa)b)c)d)圖圖 7-4 準(zhǔn)諧振電路的基本開關(guān)單元準(zhǔn)諧振電路的基本開關(guān)單元SVDLrLCrSVDLrLCr1Cr2SLrCrVDLa)b)c)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

9、諧振電路的基本開關(guān)單元 圖圖7-5 零開關(guān)零開關(guān)PWM電路的基本開關(guān)單電路的基本開關(guān)單元元SLrCrVDLS1SVDLrLCrS1a)b)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 圖圖 7-6 零轉(zhuǎn)換零轉(zhuǎn)換PWM電路的基本開關(guān)電路的基本開關(guān)單元單元SLrVDLS1CrVD1LrCrS1SVDVD1La)b)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)單元圖圖7-7 零電壓開關(guān)準(zhǔn)諧振電路原理圖零電壓開關(guān)準(zhǔn)諧振電路原理圖UiCrSVDSLrVDLCAR圖圖7-8 零電壓開關(guān)準(zhǔn)諧振電路的理想零電壓開關(guān)準(zhǔn)諧振電路的理想化波形化波形SuS (u

10、Cr)iSiLruVDt0t1t2t3t4t6t0tttttt5OOOOO圖圖7-910準(zhǔn)諧振電路等效電路準(zhǔn)諧振電路等效電路CrUi+uCrILA圖7-9 零電壓開關(guān)準(zhǔn)諧振電路在t0t1時段等效電路CrUi+uCriLr圖7-10 零電壓開關(guān)準(zhǔn)諧振電路在t1t2時段等效電路圖圖 7-11 諧振直流環(huán)電路原理圖諧振直流環(huán)電路原理圖LrUiSCrVDS圖圖 7-12 諧振直流環(huán)電路的等效電路諧振直流環(huán)電路的等效電路LrUiSCrVDSLiLr+uCrILR圖圖 7-13 諧振直流環(huán)電路的理想化波形諧振直流環(huán)電路的理想化波形 t0t1t2t3t4t0iLruCrUiILttOO圖圖 7-14 移相全

11、橋零電壓開關(guān)移相全橋零電壓開關(guān)PWM電電路路S1S2S3S4CS1CS4CS2CS3VD2VD1LrLABUiuRCR+-圖圖 7-15 移相全橋電路的理想化波形移相全橋電路的理想化波形S1S3S4S2uA BuLriLruT1uRiV D 1iV D 2iLt0t1t2t3t4t5t6t7t8t9t0t9t8ttttttttttttOOOOOOOOOOOO圖圖7-16 移相全橋電路在移相全橋電路在t1t2階段的等效電階段的等效電路圖路圖iLriLkT:1CS1S4LrLVD1UiUo+CS2VDS2AR圖圖7-17 移相全橋電路在移相全橋電路在t3t4階段的等效電階段的等效電路路iLriLCS3S2LrLVD1UiUo+CS4VDS3VD2BR圖圖7-18 升壓型零電壓轉(zhuǎn)換升壓型零電壓轉(zhuǎn)換PWM電路的原電路的原理理LSCrS1LrVD1VDCUi+UoILiLriVDVDSR圖圖7-19 升壓型零電壓轉(zhuǎn)換升壓型零電壓轉(zhuǎn)換PWM電路的理電路的理想化波形想化波形SS1uSiLriS1uS1iDiSILt0t1t2t3t4t5ttttttttOOOOOOOO圖圖 7-20 升壓型零電壓轉(zhuǎn)換升壓型零電壓轉(zhuǎn)換PWM電路在電路在t1t2時段的時段的等效電路等效電路LS1LriLrUiILCrVDS1