电力电子技术课LOL比赛赌注平台件 软开关技术

LOL比赛赌注平台现代电力电子装置的发展趋势是小型化、轻量化，同时对装置的效率和电磁兼容性也提出了更高的要求。电力电子电路的高频化可以减小滤波器、变压器的体积和重量，电力电子装置小型化、轻量化。开关损耗增加，电路效率严重下降，电磁干扰增大。软开关技术降低开关损耗和开关噪声。使开关频率可以大幅度提高。8.18.1.1硬开关与软开关8.1.2零电压开关与零电流开关8.1.1硬开关开关过程中电压、电流均不为零，出现了重叠，有显著的开关损耗。电压和电流变化的速度很快，波形出现了明显的过冲，从而产生了开关噪声。开关损耗与开关频率之间呈线性关系，因此当硬电路的工作频率不太高时，开关损耗占总损耗的比例并不大，但随着开关频率的提高，开关损耗就越来越显著。关断过程开通过程图8-1硬开关降压型电路及波形a）电路图b）理想化波形图8-2硬开关过程中的电压和电流关断过程b)开通过程8.1.1软开关软开关电路中增加了谐振电感L，而硬开关电路中不需要这个二极管。降压型零电压开关准谐振电路中，在开关过程前后引入谐振，使开关开通前电压先降到零，关断前电流先降到零，消除了开关过程中电压、电流的重叠，从而大大减小甚至消除开关损耗，同时，谐振过程限值了开关过程中电压和电流的变化率，这使得开关噪声也显著减小。

关断过程开通过程图8-3降压型零电压开关准谐振电路及波形a）电路图b）理想化波形图8-4软开关过程中的电压和电流关断过程b)开通过程8.1.2零电压开通开关开通前其两端电压为零，则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，则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。在很多情况下，不再指出开通或关断，仅称零电压开关和零电流开关。8.2软开关电路的分类根据电路中主要的开关元件是零电压开通还是零电流关断，可以将软开关电路分成零电压电路和零电流电路两大类，个别电路中，有些开关是零电压开通的，另一些开关是零电流关断的。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。图8-5准谐振电路a）零电压开关准谐振电路b）零电流开关准谐振电路c）零电压开关多谐振电路准谐振电路分类零电压开关准谐振电路（Zero-Voltage-SwitchingQuasi-ResonantConverter—ZVSQRC）零电流开关准谐振电路（Zero-Current-SwitchingQuasi-ResonantConverter—ZCSQRC）零电压开关多谐振电路（Zero-Voltage-SwitchingMulti-ResonantConverter—ZVSMRC）用于逆变器的谐振直流环节（ResonantDCLink）8.2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。

LOL比赛赌注平台开关损耗和开关噪声都大大下降，也有一些负面问题谐振电压峰值很高，要求器件耐压必须提高。谐振电流的有效值很大，电路中存在大量的无功功率的交换，造成电路导通损耗加大。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（PulseFrequencyModulation—PFM）方式来控制，变频的开关频率给电路设计带来困108.2图8-6零开关PWM电路a）零电压开关PWM电路b）零电流开关PWM电路零开关PWM电路电路中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。分类零电压开关PWM电路（Zero-Voltage-SwitchingPWMConverter—ZVSPWM）零电流开关PWM电路（Zero-Current-SwitchingPWMConverter—ZCSPWM）同准谐振电路相比电力电子开关，这类电路有很多明显的优势：电压和电流基本上是方波，只是上升沿和下降沿较缓，开关承受的电压明显降低，电路可以采用开关频率固定的PWM控制方式。118.2VDVD图8-7零转换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零转换PWM电路电路中采用辅助开关控制谐振的开始时刻，所不同的是，谐振电路是与主开关并联的电力电子开关，因此输入电压和负载电流对电路的谐振过程的影响很小，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，而且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。

分类零电压转换PWM电路（Zero-Voltage-TransitionPWMConverter—ZVTPWM）零电流转换PWM电路（Zero-CurrentTransitionPWMConverter—ZVTPWM）128.38.3.1零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138.3.1图8-8零电压开关准谐振电路原理图零电压开关准谐振电路假设电感L和电容C很大，可以等效为电流源和电压源，并忽略电路中的损耗。开关电路的工作过程是按开关周期重复的，在分析时可以选择开关周期中任意时刻为分析的起点，选择合适的起点，可以使分析得到简化。148.3.1图8-9零电压开关准谐振电路的理想化波形图8-10零电压开关准谐振电路在t时段等效电路图8-8零电压开关准谐振电路原理图工作过程选择开关S的关断时刻为分析的起点。使S关断后电压上升减缓，因此S的关断损耗减小，S关断后，VD尚未导通，电路可以等效为图8-10；L充电，L等效为电流源，uCr线性上升，同时VD两端电压uVD逐渐下降，直到t时刻，uVD=0，VD导通，这一时段uCr的上升率为158.3.1图8-8零电压开关准谐振电路原理图图8-9零电压开关准谐振电路的理想化波形图8-11零电压开关准谐振电路在t形成谐振回路，如图8-11所示；谐振过程中，L充电，uCr不断上升，iLr不断下降，直到t时刻，iLr下降Cr达到谐振峰值。

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放电，iLr改变方向，uCr不断下降，直到t，这时，uLrLr达到反向谐振峰Cr继续下降，直到t时刻uCr168.3.1图8-8零电压开关准谐振电路原理图图8-9零电压开关准谐振电路的理想化波形时段：uCr被箝位于零，uLrLr线性衰减，直到t时刻，iLr=0。由于这一时段S两端电压为零，所以必须在这一时段使开关S开通，才不会产生开通损耗。Lr线性上升，直时刻，iLr时段电流iLr的变化率为时段：S为通态，VD为断态。(8-3)178.3.1谐振过程是软开关电路工作过程中最重要的部分，谐振过程中的基本数量关系为Cr（即开关S的电压u]上的最大值即uCr的谐振峰值，就是开关S承受的峰值电压，表达式 Cr就不可能谐振到零，S也就不可能实现零电 压开通。 零电压开关准谐振电路的缺点：谐振电压峰值将高于输入电压U 188.3.2 图8-12 谐振直流环电路原理图 图8-13 谐振直流环电路的等效电路 谐振直流环 应用于交流-直流-交流变换电路的中间直流环节（DC-Link）， 通过在直流环节中引入谐振，使电路中的整流或逆变环节工作在软开 关的条件下。 图8-12中，辅助开关S使逆变桥中所有的开关工作在零电压开通的 条件下，实际电路中开关S可以不需要，S的开关动作用逆变电路中开 关的直通与关断来代替。

电压型逆变器的负载通常为感性，而且在谐振过程中逆变电路的 开关状态是不变的，负载电流视为常量。 198.3.2 图8-13 谐振直流环电路的等效电路 图8-14谐振直流环电路的理想化波形 工作过程 以开关S关断时刻为起点。 之前，iLr 大于 时刻S关断，电路中发生谐振，因为i Lr 充电，uCr 不断升高，直 时刻，uCr Lr=0，因此谐振电流 Lr达到峰值，t 以后，iLr 继续向 充电并不断减小，而uCr 进一 步升高，直到t 时刻iLr Cr达到谐振峰值。 208.3.2 以后，uCr 放电，iLr 继续降低，到零后反向， 放电，iLr 反向增加， 直到t 时刻uCr 时刻，uCr Lr达到反向谐振峰值，然后i Lr 开始 衰减，u Cr 继续下降，直到t Cr=0，VD Cr被箝位于 时段：S导通，电流iLr 线性 上升，直到t 时刻，S再次关断。谐振直流环电路中电压u Cr 的谐振 峰值很高，增加了对开关器件耐 压的要求。 图8-13 谐振直流环电路的等效电路 图8-14谐振直流环电路的理想化波形 218.3.3 移相全桥型零电压开关PWM电路 图8-15 移相全桥零电压开关PWM电路 移相全桥型零电压开关PWM电路 电路简单，仅仅增加了一个谐振电 感，就使电路中四个开关器件都在零电 压的条件下开通。

控制方式的特点 在一个开关周期T 内，每一个开关导通的时间都略小于T /2，而关断的时间都略大于T 同一个半桥中上下两个开关不同时处于通态，每一个开关关断到另一个 开关开通都要经过一定的死区时间。 互为对角的两对开关S 228.3.3 移相全桥型零电压开关PWM电路 S2VD S2 图8-16移相全桥电路的理想化波形 图8-17 移相全桥电路在t1~t2阶段的等效电路图 工作过程 、L构成谐振回路，如图8-17所示，谐振开始时u =0，VDS2 Lr通过VD S2 238.3.3 移相全桥型零电压开关PWM电路 图8-16移相全桥电路的理想化波形 S4VD S3 VD 图8-18移相全桥电路在t3~t4阶段的等效电路 开通，由于VDS2 开通时电压为零，开通过程中不会产生开关损耗，S 开通后，电路状态也不会改变，继续保持到t 关断后，电路的状态变为图8-18所示，这时C 成谐振回路，谐振过程中iLr 不断减小，B 点电压不断上升，直到VD S3 导通；这种状 态维持到t 开通时VDS3 是在零电压的条件下开通，开通损耗为零。 248.3.3 移相全桥型零电压开关PWM电路 图8-16移相全桥电路的理想化波形 图8-15 移相全桥零电压开关PWM电路 开通后，iLr 继续减小电力电子开关电力电子开关， 下降到零后反向，再不断增大，直 时刻iLr /kT，iVD1 下降到零而关 断，电流IL全部转移到VD 时段正好是开关周期的一半，而在另一半开关周期t 时段中，电路的工作的过程与t 258.3.4 PWM 图8-19 升压型零电压转换PWM电路的原理图 零电压转换PWM电路 具有电路简单、效率高等优点，广泛用于功率因数校正电路 （PFC）、DC-DC变换器、斩波器等。

以升压电路为例，在分析中假设电感L、电容C很大，可以忽略电 流和输出电压的波动，在分析中还忽略元件与线路中的损耗。 在零电压转换PWM电路中电力电子开关，辅助开关S 超前于主开关S开通，而S开通后S VDVD 268.3.4 PWM ILt0 t1 t2 t3 t4 t5 图8-20升压型零电压转换PWM电路的理想 化波形 图8-21升压型零电压转换PWM 电路在t1~t2时段的等效电路 VDVD 图8-19升压型零电压转换PWM电路的原理图 工作过程 时段：辅助开关先于主开关开通，由于此时VD尚处于通态，所以u Lr 性迅速增长，iVD 以同样的速率下降，直到t VD下降到零，二极管自然关断。 构成谐振回路，由于L很大，谐振过程中其电流基本不变，对谐振影响很小，可以忽 略；谐振过程中i Lr 增加而u Cr 下降，t 时刻uCr Cr被箝位于零，而i Lr 保持不 278.3.4 PWM VDVD 图8-19升压型零电压转换PWM电路的原理图 图8-20 升压型零电压转换PWM电路的理想化波形 时段：uCr 被箝位于零， Lr保持不变，这种状态一 直保持到t 为零，因此没有开关损耗，S开通的同时S Lr下降，而i 时刻iLr =0，VD 时刻S关断，由于C 的存在，S关断时的电压上升率受到限制，降低 了S的关断损耗。

LOL比赛赌注平台 288.4 软开关技术出现了以下几个重要的发展趋势 新的软开关电路拓扑的数量仍在不断增加，软开关技 术的应用也越来越普遍。 在开关频率接近甚至超过1MHz、对效率要求又很高的 场合，曾经被遗忘的谐振电路又重新得到应用，并且表 现出很好的性能。 采用几个简单、高效的开关电路，通过级联、并联和 串连构成组合电路，替代原来的单一电路成为一种趋势， 在不少应用场合，组合电路的性能比单一电路显著提高。 29本章的重点为： 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。 软开关技术总的来说可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。 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。