1、电力电子技术 电子教案,第7章 软开关技术,目录,概述 7.1 软开关的基本概念7.1.1 硬开关与软开关7.1.2 零电压开关与零电流开关 7.2 软开关电路的分类 7.3 典型的软开关电路7.3.1 零电压开关准谐振电路7.3.2 谐振直流环7.3.3 移相全桥型零电压开关PWM电路7.3.4 零电压转换PWM电路 本章小结,概述,电力电子装置高频化 滤波器、变压器体积和重量减小，电力电子装置小型化、轻量化。 开关损耗增加，电磁干扰增大。 软开关技术 降低开关损耗和开关噪声。 进一步提高开关频率。,7.1.1 硬开关与软开关,硬开关： 开关的开通和关断过程伴随着电压和电流的剧烈变化。 产生
2、较大的开关损耗和开关噪声。 软开关： 在电路中增加了小电感、电容等谐振元件，在开关过程前后引入谐振，使开关条件得以改善。 降低开关损耗和开关噪声。 软开关有时也被成为谐振开关。 工作原理： 软开关电路中S关断后Lr与Cr间发生谐振，电路中电压和电流的波形类似于正弦半波。谐振减缓了开关过程中电压、电流的变化，而且使S两端的电压在其开通前就降为零。,7.1.2 零电压开关与零电流开关,软开关分类 零电压开关：使开关开通前其两端电压为零，则开关开通时就不会产生损耗和噪声，这种开通方式称为零电压开通，简称零电压开关。,图7-1 零电压开关准谐振电路及波形 a）电路图 b）理想化波形 （显示放大图）,7
3、.1.2 零电压开关与零电流开关,零电流开关：使开关关断前其电流为零，则开关关断时也不会产生损耗和噪声，这种关断方式称为零电流关断，简称零电流开关。,7.1.2 零电压开关与零电流开关,零电压开通和零电流关断要靠电路中的谐振来实现。 零电压关断：与开关并联的电容能使开关关断后电压上升延缓，从而降低关断损耗，有时称这种关断过程为零电压关断。 零电流开通：与开关相串联的电感能使开关开通后电流上升延缓，降低了开通损耗，有时称之为零电流开通。 简单的利用并联电容实现零电压关断和利用串联电感实现零电流开通一般会给电路造成总损耗增加、关断过电压增大等负面影响，因此是得不偿失的。,7.2 软开关电路的分类,
4、根据开关元件开通和关断时电压电流状态，分为零电压电路和零电流电路两大类。 根据软开关技术发展的历程可以将软开关电路分成准谐振电路、零开关PWM电路和零转换PWM电路。 每一种软开关电路都可以用于降压型、升压型等不同电路，可以从基本开关单元导出具体电路。,7.2 软开关电路的分类,图 7-3 基本开关单元的概念（显示放大图） a）基本开关单元 b）降压斩波器中的基本开关单元 c）升压斩波器中的基本开关单元 d）升降压斩波器中的基本开关单元,本章小结,本章的重点为： 1）软开关技术通过在电路中引入谐振改善了开关的开关条件，大大降低了硬开关电路存在的开关损耗和开关噪声问题。 2）软开关技术总的来说可
5、以分为零电压和零电流两类。按照其出现的先后，可以将其分为准谐振、零开关PWM和零转换PWM三大类。每一类都包含基本拓扑和众多的派生拓扑。 3）零电压开关准谐振电路、零电压开关PWM电路和零电压转换PWM电路分别是三类软开关电路的代表；谐振直流环电路是软开关技术在逆变电路中的典型应用。,图7-1 零电压开关准谐振电路及波形,a）电路图 b）理想化波形,返回,图7-2 硬开关电路及波形,a）电路图 b）理想化波形,返回,图 7-3 基本开关单元的概念,a）基本开关单元 b）降压斩波器中的基本开关单元 c）升压斩波器中的基本开关单元 d）升降压斩波器中的基本开关单元,返回,图 7-4 准谐振电路的基
6、本开关单元,a）零电压开关准谐振电路的基本开关单元 b）零电流开关准谐振电路的基本开关单元 c）零电压开关多谐振电路的基本开关单元,返回,图7-5 零开关PWM电路的基本开关单元,a）零电压开关PWM电路的基本开关单元 b）零电流开关PWM电路的基本开关单元,返回,图 7-6 零转换PWM电路的基本开关单元,a）零电压转换PWM电路的基本开关单元 b）零电流转换PWM电路的基本开关单元,返回,图7-7 零电压开关准谐振电路原理图,返回,图7-8 零电压开关准谐振电路的理想化波形,返回,图7-910准谐振电路等效电路,图7-9 零电压开关准谐振电路在t0t1时段等效电路,图7-10 零电压开关准
7、谐振电路在t1t2时段等效电路,返回,图 7-11 谐振直流环电路原理图,返回,图 7-12 谐振直流环电路的等效电路,返回,图 7-13 谐振直流环电路的理想化波形,返回,图 7-14 移相全桥零电压开关PWM电路,返回,图 7-15 移相全桥电路的理想化波形,返回,图7-16 移相全桥电路在t1t2阶段的等效电路图,返回,图7-17 移相全桥电路在t3t4阶段的等效电路,返回,图7-18 升压型零电压转换PWM电路的原理,返回,图7-19 升压型零电压转换PWM电路的理想化波形,返回,图 7-20 升压型零电压转换PWM电路在t1t2时段的等效电路,返回,1.4.4 绝缘栅双极晶体管,2) IGBT的动态特性图1-24 IGBT的开关过程,开通延迟时间td(on) 电流上升时间tr 开通时间ton,MOSFET单独工作,返回,
