电力电子技术教学课件PPT软开关技术.ppt
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1、第8章 软开关技术,引言 8.1 软开关的基本概念 8.2 软开关电路的分类 8.3 典型的软开关电路 8.4 软开关技术新进展 本章小结,第8章 软开关技术 引言,现代电力电子装置的发展趋势小型化、轻量化、对效率和电磁兼容性也有更高的要求。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。,8.1 软开关的基本概念,8.1.1 硬开关和软开关 8.1.2 零电压开关和零电流开关,8.1.1 硬开关和软开关,硬开关:,开关过程中电压和电流均不为零,出现了重叠。电压、电流变化很快,波形出现
2、明显得过冲,导致开关噪声。,85,开关过程,86,The quality of an inverter output is normally evaluated in terms of its:harmonic factor,HF,distortion factor,DF,and total harmonic distortion,THD.,87,88,Why Soft Switching?,Diode reverse recovery problem in all topologies,8.1.1 硬开关和软开关,软开关:,在原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,消除
3、电压、电流的重叠。降低开关损耗和开关噪声。,810,8.1.2 零电压开关和零电流开关,零电压开通开关开通前其两端电压为零开通时不会产生损耗和噪声。零电流关断开关关断前其电流为零关断时不会产生损耗和噪声。零电压关断与开关并联的电容能延缓开关关断后电压上升的速率,从而降低关断损耗。零电流开通与开关串联的电感能延缓开关开通后电流上升的速率,降低了开通损耗。,当不指出是开通或是关断,仅称零电压开关和零电流开关。靠电路中的谐振来实现。,8.2 软开关电路的分类,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
4、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。,8.2 软开关电路的分类,图83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,814,Undamped Series-Resonant Circuit(SRC),initial conditions,815,Series-Resonant Circuit with Capacitor-Parallel Load,816,Series-Resonant Circuit with Capacitor-P
5、arallel Load,817,Impedance of a Series-Resonant Circuit,The impedance is capacitive below the resonance frequency,In the presence of a load resistance R,the quality factor Q is defined as,818,SRC,At the resonant frequency the voltages on the inductor and the capacitor are Q0 times greater than the t
6、otal voltage of the resonant circuit.,819,Undamped Parallel-Resonant Circuit,Excited by a current source,Parallel-Resonant Circuit(PRC),820,Impedance of a Parallel-Resonant Circuit,The impedance is inductive at below the resonant frequency,821,Resonant circuits,step response,and frequency characteri
7、stics:(a)series L-C-R circuit and(b)parallel L-C-R circuit.,822,823,Characteristics and parameters of parallel and series resonant circuits,8.2 软开关电路的分类,1)准谐振电路准谐振电路准谐振电路中电压或电流的波形为正弦半波,因此称之为准谐振。是最早出现的软开关电路。特点:谐振电压峰值很高,要求器件耐压必须提高;谐振电流有效值很大,电路中存在大量无功功率的交换,电路导通损耗加大;谐振周期随输入电压、负载变化而改变,因此电路只能采用脉冲频率调制(Puls
8、e Frequency ModulationPFM)方式来控制。,三类软开关电路,8.2 软开关电路的分类,准谐振电路可分为:,用于逆变器的谐振直流环节电路(Resonant DC Link)。,8.2 软开关电路的分类,2)零开关PWM电路引入了辅助开关来控制谐振的开始时刻,使谐振仅发生于开关过程前后。零开关PWM电路可以分为:,特点:电路在很宽的输入电压范围内和从零负载到满载都能工作在软开关状态。电路中无功功率的交换被削减到最小,这使得电路效率有了进一步提高。,8.2 软开关电路的分类,3)零转换PWM电路采用辅助开关控制谐振的开始时刻,但谐振电路是与主开关并联的。零转换PWM电路可以分为
9、:,特点:电路在很宽的输入电压范围内和从零负载到满载都能工作在软开关状态。电路中无功功率的交换被削减到最小,这使得电路效率有了进一步提高。,a)零电压转换PWM电路的基本开关单元,零电压转换PWM电路(Zero-Voltage Transition PWM ConverterZVT PWM),8.3 典型的软开关电路,8.3.1 零电压开关准谐振电路 8.3.2 谐振直流环 8.3.3 移相全桥型零电压开关PWM电路 8.3.4 零电压转换PWM电路,8.3.1 零电压开关准谐振电路,1)电路结构,8.3.1 零电压开关准谐振电路,选择开关S关断时刻为分析的起点。t0t1时段:t0之前,开关S
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