第十章软开关技术1课件.ppt

1、第章第章 软开关技术软开关技术 10.1 软开关的基本概念软开关的基本概念10.2 软开关电路的分类软开关电路的分类10.3 典型的软开关变换器典型的软开关变换器10.4 本章小结本章小结10.1 软开关的基本概念软开关的基本概念10.1.1 软开关技术的提出软开关技术的提出 在传统的在传统的PWM开关切换过程所产生的损耗是由切换过程开关切换过程所产生的损耗是由切换过程V、I波形的本质所决定的。波形的本质所决定的。图5-1 硬开关电路的开关过程硬开关的缺点（危害）硬开关的缺点（危害）：前面的课：前面的课：缓冲电路（缓冲电路（Snubber）能够缓解这些负面效果，但是增加了损耗。）能够缓解这些负

2、面效果，但是增加了损耗。今天：今天：软开关技术试图缓解这些负面效果而不增加实质性的损耗。软开关技术试图缓解这些负面效果而不增加实质性的损耗。一般需要额外的电路或控制复杂度或额外的传导损耗，但是还是值得这么做的。一般需要额外的电路或控制复杂度或额外的传导损耗，但是还是值得这么做的。10.1 软开关的基本概念软开关的基本概念10.1.2 软开关技术实现的策略软开关技术实现的策略减小开关损耗的途径：实现开关管的软开关减小开关损耗的途径：实现开关管的软开关（a）零电流开关零电流开关（b）零电压开关）零电压开关开关损耗包括开通损耗和关断损耗。开关损耗包括开通损耗和关断损耗。10.1 软开关的基本概念软开

3、关的基本概念减小开通损耗的方法：减小开通损耗的方法：1、在开关管开通时，使其电流保持在零，或者限制电流的上升率，从而减小电流、在开关管开通时，使其电流保持在零，或者限制电流的上升率，从而减小电流与电压的重叠区，所谓的零电流开通。与电压的重叠区，所谓的零电流开通。（从上图（从上图（a）可以看出，开通损耗大大）可以看出，开通损耗大大减小。）减小。）2、在开关管开通前，使其电压下降到零，所谓的零电压开通。（从上图（、在开关管开通前，使其电压下降到零，所谓的零电压开通。（从上图（b）可）可以看出，开通损耗基本为零。）以看出，开通损耗基本为零。）3、同时做到、同时做到1、2，开通损耗为零。，开通损耗为零

4、。减小关断损耗的方法：减小关断损耗的方法：1、在开关管关断前，使其电流减小到零，所谓的零电流关断。、在开关管关断前，使其电流减小到零，所谓的零电流关断。（从上图（从上图（a）可）可以看出，开通损耗基本为零。）以看出，开通损耗基本为零。）2、在开关管关断前，使其电压保持在零，或者限制电压的上升率，从而减小电流、在开关管关断前，使其电压保持在零，或者限制电压的上升率，从而减小电流与电压的重叠区。与电压的重叠区。所谓的零电压关断。（从上图（所谓的零电压关断。（从上图（b）可以看出，开通损耗大大）可以看出，开通损耗大大减小）减小）3、同时做到、同时做到1、2，关断损耗为零。，关断损耗为零。10.1 软

5、开关的基本概念软开关的基本概念10.1 软开关的基本概念软开关的基本概念1.准谐振变换器（Quasi-resonant converters，QRCs）2.零开关PWM变换器（Zero switching PWM converters）3.零转换PWM关变换器（Zero transition converters）10.2 软开关的分类软开关的分类10.2 软开关的分类软开关的分类1.准谐振变换器（准谐振变换器（Quasi-resonant converters，QRCs）谐振开关：在开关管中加入一个谐振电感谐振开关：在开关管中加入一个谐振电感Lr和一个谐振电容和一个谐振电容Cr构成。构成。零

6、电流谐振开关：（零电流谐振开关：（L型和型和M型）型）基本思想：基本思想：在在S1S1开通之前，开通之前，LrLr的电流为零；当的电流为零；当S1S1开通时，开通时，LrLr限制限制S1S1中电流的上升率，从而实中电流的上升率，从而实现现S1S1的零电流开通；而当的零电流开通；而当S1S1关断时，关断时，LrLr和和CrCr谐振工作使谐振工作使LrLr的电流回到零，从而实的电流回到零，从而实现现S1S1的零电流关断。的零电流关断。10.2 软开关的分类软开关的分类根据功率开关根据功率开关S1是单向导通还是双向导通：半波模式（是单向导通还是双向导通：半波模式（Half-wave mode）和全）

7、和全波模式（波模式（Full-wave mode）10.2 软开关的分类软开关的分类零电压谐振开关：（零电压谐振开关：（L型和型和M型）型）基本思想：基本思想：在在S1导通时，导通时，Cr上的电压为零；当上的电压为零；当S1关断时，关断时，Cr限制限制S1中电压上升率，从而实现中电压上升率，从而实现S1的零电压关断；而当的零电压关断；而当S1开通时，开通时，Lr和和Cr谐振工作使谐振工作使Lr的电压回到零，从而实现的电压回到零，从而实现S1的零电压开通。的零电压开通。谐振电容谐振电容Cr是与功率开关是与功率开关S1相并联的相并联的10.2 软开关的分类软开关的分类跟前面电流型谐振开关的区分方法

8、不同，这里是用谐振电容跟前面电流型谐振开关的区分方法不同，这里是用谐振电容Cr的电压来区分的的电压来区分的电容只能为正的是半波模式，电容可正可负的是全波模式。电容只能为正的是半波模式，电容可正可负的是全波模式。优点：优点：电路损耗和开关噪声大大降低电路损耗和开关噪声大大降低存在问题：存在问题：l 谐振电压峰值很高，要求器件耐压必须很高；谐振电压峰值很高，要求器件耐压必须很高；l 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，造成导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，造成导通损耗加大；通损耗加大；l 谐振周期随输入电压、负载变化而改变，只能采用脉冲频率调制，给谐振周期随

9、输入电压、负载变化而改变，只能采用脉冲频率调制，给高频变压器、输入滤波器和输出滤波器的优化设计造成困难。高频变压器、输入滤波器和输出滤波器的优化设计造成困难。从而引入辅助开关管来控制谐振的开始时刻，得到从而引入辅助开关管来控制谐振的开始时刻，得到PWM控制的准谐振变换器控制的准谐振变换器10.2 软开关的分类软开关的分类10.2 软开关的分类软开关的分类2、零开关、零开关PWM变换器（变换器（Zero switching PWM converters）l零电流开关零电流开关PWM电路（电路（Zero-Current-Switching PWM ConvertersZCS PWM）l零电压开关零

10、电压开关PWM电路（电路（Zero-Voltage-Switching PWM ConvertersZVS PWM）优点：电压和电流基本上是方波，只是上升沿和下降沿较缓，开关管承受的优点：电压和电流基本上是方波，只是上升沿和下降沿较缓，开关管承受的电压明显降低，电路采用开关频率固定的电压明显降低，电路采用开关频率固定的PWM控制方式。控制方式。应用场合：应用场合：移相全桥软开关电路，有源钳位正激型电路等。移相全桥软开关电路，有源钳位正激型电路等。10.2 软开关的分类软开关的分类3.零转换零转换PWM关变换器（关变换器（Zero transition converters）谐振电路与主开关并联

11、，因此输入电压和负载电流对电路的谐振过程影响很小，电路在谐振电路与主开关并联，因此输入电压和负载电流对电路的谐振过程影响很小，电路在很宽的电压输入范围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很宽的电压输入范围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小，进一步提高了效率。分为：小，进一步提高了效率。分为：l零电压转换零电压转换PWM电路（电路（Zero-Voltage-Transition PWM ConvertersZVT PWM）l零电流转换零电流转换PWM电路（电路（Zero-Voltage-Transition PWM ConvertersZVT PWM）10.3 典型的软开关电路典型的软开关电路零电压准谐振变换器零电压准谐振变换器假设电感L和电容C都很大，等效为电流源和电压源，并忽略电路中的损耗。10.3 典型的软开关电路典型的软开关电路10.3 典型的软开关电路典型的软开关电路21141sin(),tt,trcrLrirrrrLuIttUCL C开关管S承受的峰值电压2rPLirLUIUC零电压开关准谐振电路实现软开关的条件：2rLirLIUC10.3 典型的软开关电路典型的软开关电路2、移相全桥型零电压开关、移相全桥型零电压开关PWM电路电路