第十九讲：软开关的基本概念及分类

1第十九讲：软开关的基本概念及分类1、软开关技术产生的背景2、软开关与硬开关的概念3、软开关的分类4、软开关电路的分类重点掌握：2、3、42软开关技术产生的背景滤波电感、电容和变压器体积和重量中很大比例；提高开关频率，可以相应提高滤波器的截止频率，从而可以选用较小的电感和电容；变压器工作频率越高，绕组匝数越少，所需铁心的窗口面积越小，减少变压器的体积和重量；——现代电力电子装置（电路）的发展趋势是什么？体积小型化、重量轻量化、效率高效化、电磁兼容性优良化——体积小型化、重量轻量化的直接途径：结论：电力电子装置小型化、轻量化的根本途径：提高电力开关频率3软开关技术产生的背景软开关技术，既能使开关频率可以大幅度提高，又能降低开关电路中的开关损耗和开关噪声——提高电力开关频率后的负面影响：提高开关频率的同时，开关损耗也随之增加，电路效率下降，电磁干扰增大——解决之道：4软开关与硬开关的概念理想开关没有硬开关与软开关之分；理想开关的“开”与“关”是在瞬间完成的，忽略了开关过程对电路的影响；——一点声明：UiSVDLCRSuSiSuVDt0t1ttttOOOOa)b)关断过程开通过程5软开关与硬开关的概念开关过程不是瞬时完成的，有一个时间过程；在开关过程中，开关器件的电压、电流均不为零；产生开通损耗和关断损耗，总和称为开关损耗；开关频率越高，开关损耗越大，电路效率就越低；电压和电流的变化很快，产生高di/dt和du/dt，波形出现过冲和振荡，导致开关噪声的产生,易电磁干扰；——硬开关的概念：UiSVDLCRSuSiSuVDt0t1ttttOOOOa)b)关断过程开通过程t0uiP0uituuiiP00硬开关过程中的电压和电流a)关断过程b)开通过程6软开关与硬开关的概念开关特性：开关过程不是瞬时完成的，有一个时间过程；开通、关断过程电压、电流任意一项为零或很小；开关损耗为零或很小；降低电压、电流的变化率，从而大大减小甚至消除开关噪声。——软开关的概念：在硬开关电路中增加很小的电感、电容等辅助元件，这一复合开关称为软开关。t0uiP0uituuiiP00ui0uitt0uiP0uitt0uu软开关过程中的电压和电流a)关断过程b)开通过程7软开关的分类开关特性：开关过程不是瞬时完成的，有一个时间过程；开通、关断前电压为零或很小；开关损耗为零或很小；开关噪声很小。——零电压软开关：开关导通（关断）前电压先降为零或很小，实现零电压开通（关断）的开关叫零电压开关（ZVS）8软开关的分类开关特性：开关过程不是瞬时完成的，有一个时间过程；开通、关断前电流为零或很小；开关损耗为零或很小；开关噪声很小。——零电流软开关：开关导通（关断）前电流先降为零或很小，实现零电流开通（关断）的开关叫零电流开关（ZCS）9Ⅰ根据电路中主要的开关器件是零电压软开关还是零电流软开关分类：零电压电路和零电流电路两大类。软开关电路的分类开关采用软开关的电力电子电路——软开关电路的概念:——软开关电路的分类（两种分类方法）10Ⅱ根据软开关实现技术的不同可分为:准谐振软开关电路:软开关由谐振开关单元来实现,采用调频控制开关的开通零开关PWM软开关电路:软开关由零开关PWM开关单元来实现,采用调宽控制开关的开通零转换PWM软开关电路:软开关由零转换PWM开关单元来实现,采用调宽控制开关的开通软开关电路的分类11概念:在硬开关单元上增加谐振电感和谐振电容，构造成谐振开关单元，进而实现软开关功能。分类：（1）零电压开关准谐振电路（ZVSQRC）；（2）零电流开关准谐振电路(ZCSQRC)；（3）零电压开关多谐振电路（ZVSMRC）。（4）用于逆变器的谐振直流环节电路RDCL软开关电路的分类——准谐振软开关电路12软开关电路的分类谐振电容Cr和开关S是并联的。S导通时，Cr两端的电压为0，S关断时，限制S上电压的上升率，实现的零电压关断；在S开通前，Lr和Cr谐振工作使Cr的电压自然回0，实现的零电压开通。——零电压谐振软开关13软开关电路的分类谐振电感Lr和开关S是串联的。S开通之前，Lr的电流为0，开通时，Lr限制S中电流的上升率，实现零电流开通；S关断前，Lr和Cr谐振工作使Lr的电流自然回0，实现零电流关断。——零电流谐振软开关14谐振使电路的开关损耗和开关噪声都大大下降缺点：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，造成电路导通损耗加大；准谐振电路只能采用脉冲频率调制PFM方式来控制。软开关电路的分类——准谐振电路的优缺点总结:15——零开关PWM软开关电路产生背景:准谐振电路需要采用调频控制，控制电路设计较为困难.概念:采用零开关PWM软开关的电路零开关PWM软开关的分类：（1）零电压开关PWM（ZVSPWM）软开关软开关电路的分类16——零开关PWM电路零开关PWM软开关的分类：（2）零电流开关PWM（ZVSPWM）软开关软开关电路的分类17软开关电路的分类零开关PWM软开关电路分类：（1）零电压开关PWM软开关电路（2）零电流开关PWM软开关电路不足：准谐振和零开关PWM电路，谐振电感Lr与主开关串联，开关要担负谐振电流、负载电流；软开关的实现是以增加开关器件的电压电流应力作为代价的；并且软开关的实现条件受输入电压和负载变化影响较大，轻载时可能会失去软开关的条件；18——零转换PWM软开关电路产生的背景:为克服零开关PWM电路的缺陷而产生的.概念:所含软开关为零转换PWM软开关的电路.零转换PWM软开关单元的分类：（1）零电压转换PWM（ZVTPWM）软开关软开关电路的分类19——零转换PWM电路零转换PWM软开关单元的分类：（2）零电流转换PWM（ZVTPWM）软开关软开关电路的分类20软开关电路的分类零转换PWM软开关电路的分类：（1）零电压转换PWM软开关电路（2）零电流转换PWM软开关电路21准谐振电路零电压开关准谐振电路(ZVSQRC）零电流开关准谐振电路(ZCSQRC）零电压开关多谐振电路(ZVSMRC）用于逆变器的谐振直流环节电路(ResonantDCLink）零开关PWM电路零电压开关PWM电路（ZVSPWM）零电流开关PWM电路（ZCSPWM）零转换PWM电路零电压转换PWM电路（ZVTPWM）零电流转换PWM电路（ZCTPWM）软开关电路的分类软开关电路一览表