软开关型电力变换器.ppt
软开关型电力变换器,基本概念开关轨迹、开关损耗、安全工作区 主要思路缓冲方法、谐振方法 典型电路,1,1,3.1 硬开关的开通、关断过程及安全工作区,Lf大，开关过程中if Io不变 开通：断态（A）通态（C）rT从 0，iT从0线性上升至Io，vT从VD0 关断：通态（C）断态（A）rT从0，iT从Io线性下降至0，vT从0VD,开通过程中，工作点如何从A过渡到 C？VT按什么规律降至0？关断过程中工作点从C如何过渡到A？VT按什么规律上升至VD？取决于电路中的电感L及开关管的并联 电容C,2,3.1 硬开关开通、关断过程及安全工作区（续1）,无串联电感时：开通过程:ABC(高压下电流上升:AB(tri)负载电流下电压下降BC(tfv)）关断过程:CBA(负载电流下电压上升:CB(trv)，高压下电流下降:BA(tfi)）有串联电感时：开通过程AQEC，比ABC好 关断过程CBHPA，比CBA差,3,3.1.1 线路电感L=0时开关器件开通关断过程,有+VG后延时td，rT从 0，有-VG，经存储时间trv rT从0 开通：在tri期间，rT，iTIo之前，D仍导电，vT=VD,AB。在B点 rT VD/Io，此后，在tfv期间，iT=Io，D截止，rT，vT0，BC关断：rT，在trv期间vTVD之前，D仍截止，iT Io，CB，在B点，rT VD/Io，此后，在tfi期间vT=VD，D导电，rT，iT VD/rT 0，BA,1,4,3.1.1 线路电感L=0时开关器件开通关断过程(续1),5,3.1.1 线路电感L=0时开关器件开通关断过程(续2),开通电流iT上升期：iT=Iot/tri 关断电流iT下降期：iT=Io(1-t/tfi)若认为vT在开通关断过程中也呈线性变化在则：,6,3.1.2 线路电感L 0时开通、关断过程,开通：断态时，vT=VD，iT=0。工作点为A，有 VG后，rT，iT=Io.t/tri,tri期间上升时，D 仍在导电vT=VD-LdiT/dt=VD-LIo/tri=VQVD，工作点从A立刻转移到Q点，在tri期间再从QE，此后D截止，iT Io，rT，vT从VQ0，工作点从EC。有L时，开通过程AQEC，比L=0时ABC好,VT,7,3.1.2 线路电感L 0时开通、关断过程(续1),关断：通态时vT=0，iT=Io，工作点为C，撤除VG后，rT，vT，在trv期间vTVD前，D仍反偏截止，iT=Io，工作点从CB 此后rT，一旦vTVD时，D导电，iT线性减小，vT=VD LdiT/dt=VD+LIo/tfi=VCEP，工作点立即从B H，在iT 从Io 0期间工作点从HP，一旦iT=0，工作点从PA(iT=0，VT=VD)有L时，关断过程CBHPA，比L=0时CBA差,A,8,3.1.2 线路电感L 0时开通、关断过程(续2),9,安全工作区,L=0时，开通轨迹ABC，关断轨迹CBAL 0时，开通轨迹AQEC，关断轨迹CBHPAL改善了开通轨迹，恶化了关断轨迹安全工作区：vTVCEO，KJ线左侧 iTICM，NM线下方 Pt=vT iT，功率限制线左下侧,10,3.2 引入L、C缓冲电路的软开关3.2.1 全控型开关管LCRD复合缓冲器,缓冲电路由Ls、Cs、Ds、Rs组成，T表示全控型开关管GTO、BJT、IGBT、P-MOS。串联电感Ls用于开通缓冲vT，类似于线路电感L 0时的开通过程，开通轨迹为图2.3(b)中的AQEC，开通时iT，使vT=VD-LdiT/dt=VD-LIo/tri=VQVD,11,3.2.1 全控型开关管LCRD复合缓冲器(续1),并联电容Cs用于关断缓冲vT关断T时，rT，vT=rTiT，在vT VD时，D0仍反偏截止。iL=iT+iC Io不变，iT=Io(1-t/tfi)下降，iC=Iot/tfi上升，vc=vT充电上升。若在tfi期间，iT0，iCIo，使,12,3.2.1 全控型开关管LCRD复合缓冲器(续2),此后，T已关断，iL继续对Cs充电到iL=0，VC=VT=VCEP，解VD、LS、CS电路微分方程，得到：,最后，Vo=VCEP经RS对电源放电，使iC=iR0。VC=VT=VD，关断轨迹为CAPA。,13,3.2.1 全控型开关管LCRD复合缓冲器(续3),缺点：通态vC=0，断态vC=vD，开关一次，C充放电一次。：,14,例题3.1(Book P.254)BUCK DC/DC变换器VD=200V，Io=10A，Vo=100V，fs=20KHz，Po=1KW。tri=tfr=tfi=trv=0.75s，Ls=3H，Cs取为临界关断电容，Rs=40，求开关损耗并画出开关轨迹。解：无缓冲电路时，Pon=37.5W，Poff=37.5W 临界关断缓冲电容Cs=0.01875F 计算得：有复合缓冲器电路时，VCEP=300V，比VD高50 VQ=160V，只比VD小20 Poff=3.125WPoff=37.5W pon=30W，仅比Pon小20,15,3.2.2 电力二极管、晶闸管的RC缓冲器,由上例，串联电感Ls(开通缓冲)对减少开通损耗作用不大，同时Ls使关断时vT增大到VCEP(超过VD 50)，为了简化缓冲电路，常不引入串联电感Ls，这时图2.3(a)变为2.4(a)图2.4(a)所示R、C、D缓冲电路常用于保护晶闸管图2.4(a)再取消DS，仅有RS、CS的缓冲电路常用于保护电力二极管,16,3.2.3 P-MOSFET、IGBT的限幅箝位缓冲器:C、D、R,关断过程：rT，在vT从0VD期间D0、D仍反偏截止，iL=iT=Io，工作点从CB vT略大于VD后，D0导电，iT0的tfi期间，iC经D使C充电，VC=VT，D导电使iT从Io 0,通态时，iL=iT=Io，D0、D截止，C充电到VC=VD,图2.5,17,CB BMMP，iT=0，VC=VT=VCM=VTM后，T关断，iL继续对C充电,iL=0时vC=vT=VTP=VCP,3.2.3 P-MOSFET、IGBT的限幅箝位缓冲器(续1),18,3.2.3 P-MOSFET、IGBT的限幅箝位缓冲器(续2),PA，vC=vT经L、电源、R放电至VD，关断轨迹为：CBMPA断态时，iT=0，VT=VC=VD，D0续流开通过程：AF，加VG后，rT，iT=iLIo的tri期间，D0仍导电，vT，C经T、R放电，D截止，iT=Io时，工作点从AF,19,3.2.3 P-MOSFET、IGBT的限幅箝位缓冲器(续3),20,3.2.3 P-MOSFET、IGBT的限幅箝位缓冲器(续4),开通过程中：FC，iT=Io 时，vT=VTF，D0、D截止，rT，iTIo，vT0，vCVD，工作点从FC,21,3.2.3 P-MOSFET、IGBT的限幅箝位缓冲器(续5),无论通态、断态，vC都为VD，开关过程中vC变化也不大，仅在关断过程中vT超过VD后，C才起作用限幅缓冲，广泛应用于IGBT的 DC/DC、DC/AC变换器。,22,例题3.2,VD=220V，Io=50A，L=2H，C=5F，R=5，tfi=1.5S，tri=1S，确定开通关断轨迹解得：关断时：M点，VTM=VCM=227.4V(不大，Poff小)P点，VTP=VCP=251.3V 开通时：F点，VTF=128V(很低，Pon小)VCF=217.5V电容电压变化范围小：217.5220251.3V开关管最高电压仅251.3V(VD=220V),23,
