1、第7章 软开关技术 现代电力电子装置的发展趋势发展趋势小型化、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。7.1.1 硬开关和软开关硬开关和软开关 分析电力电子电路时，开关器件理想化：开关状态的转换是在瞬间完成的，忽略了开关过程对电路的影响。实际电路是存在开关过程，会对电路造成一定影响的。7.1 软开关的概念及分类软开关的概念及分类硬开关：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，波形出现明显得过冲，导致开关噪声。t0a
2、）硬开关的开通过程b）硬开关的关断过程图7.1 硬开关的开关过程uiP0uituuiiP007.1.1 硬开关和软开关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，消除电压、电流的重叠。降低开关损耗和开关噪声。uiP0uitt0uiP0uitt0a）软开关的开通过程b）软开关的关断过程图7.2 软开关的开关过程7.1.1 硬开关和软开关硬开关和软开关 零电压开通v开通前开关器件两端电压为零，则开通时开关器件就不会产生开通损耗和噪声。零电压关断v如在开关器件两端并联电容。则器件关断后，电容能延缓开关器件电压上升的速率du/dt，从而降低关断损耗。图7.3
3、零电压开关7.1.2 零电压开关和零电流开关零电压开关和零电流开关 零电流关断v关断前开关器件电流为零，则关断时开关器件就不会产生关断损耗和噪声。零电流开通v开关器件串联电感。开通后，串联电感能延缓开关器件电流上升的速率di/dt，降低了开通损耗。7.1.2 零电压开关和零电流开关零电压开关和零电流开关图7.4 零电流开关 根据电路中主要的开关器件是零电压开通还是零电流关断，软开关电路分成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准谐振电路谐振电路、零开关零开关PWM电路电路和零转换零转换PWM电路电路。每一种软开关电路都可以用于DC/DC变换电路，构成软开关
4、DC/DC变换电路。因此引入开关单元的概念来表示，不必再画出每一种具体电路。7.1.3 软开关电路的分类软开关电路的分类图7.5 硬开关单元a）硬开关单元b）降压斩波器中的硬开关单元c）升压斩波器中的硬开关单元d）升降压斩波器中的硬开关单元7.1.3 软开关电路的分类软开关电路的分类软开关电路分为三类软开关电路分为三类1 1、准谐振电路、准谐振电路 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，实现软开关。开关单元与谐振电感、电容的不同组合，可分为：（1）零电压开关准谐振电路（ZVS QRC）；（2）零电流开关准谐振电路(ZCS QRC)；（3）零电压开关多谐振电路（ZVS MRC
5、）；（4）用于逆变器的谐振直流环节电路RDCL。7.1.3 软开关电路的分类软开关电路的分类 零电压谐振开关单元零电压谐振开关单元v谐振电容Cr和开关S是并联。vS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；v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。7.1.3 软开关电路的分类软开关电路的分类 零电流谐振开关零电流谐振开关v谐振电感Lr和开关S是串联的。vS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；vS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。7.1.3 软开关电路的分类软开
6、关电路的分类v谐振电压峰值很高，要求器件耐压必须提高；v谐振电流的有效值很大，造成电路导通损耗加大；v谐振周期与输入电压、负载有关。v准谐振电路只能采用脉冲频率调制PFM方式来控制。v变化的开关频率造成变压器、电感等磁性元件设计不能最优化，给电路设计带来困难。通过谐振电感、电容改变开关S的电压，电流波形，为S提供，零电压开关、零电流开关的条件。谐振使电路的开关损耗和开关噪声都大大下降负面问题：7.1.3 软开关电路的分类软开关电路的分类2.零开关零开关PWM电路电路v准谐振需要采用调频控制，电路设计较为困难，v零开关PWM变换，采用恒频控制技术。v同时具有PWM控制和准谐振电路的优点：v在开关
7、器件开通和关断时，开关器件工作在零电压开关或零电流开关方式；v其余时间，开关器件工作在PWM状态。7.1.3 软开关电路的分类软开关电路的分类2.零开关零开关PWM电路电路 电路核心部分是零开关PWM开关单元。包括：v零电压开关PWM（ZVS PWM）开关单元；v零电流开关PWM（ZCS-PWM）开关单元。零开关PWM电路可分为：v零电压开关PWM电路；v零电流开关PWM电路。7.1.3 软开关电路的分类软开关电路的分类v在零电压谐振开关的谐振电感上并联一个辅助开关v在零电流谐振开关的谐振电容上串联一个辅助开关7.1.3 软开关电路的分类软开关电路的分类 通过辅助开关S1，控制Lr和Cr的谐振
8、，实现零开关 零开关PWM 电路与准谐振电路相比v实现零开关控制v实现PWM控制v谐振工作时间要比开关周期短很多。优势：电压和电流基本上是上升沿和下降沿较缓的方波，开关器件承受的电压明显降低。不足：谐振电感Lr与主开关串联，并参与功率传输。这使得实现软开关，增加了开关器件的电压电流应力并受输入电压和负载变化影响。7.1.3 软开关电路的分类软开关电路的分类3、零转换、零转换PWM电路电路 零转换PWM 电路（Zero-transition PWM converters）是软开关技术的又一次飞跃。电路的核心部分仍是零转换PWM开关单元。它包括v零电压转换PWM（ZVT PWM）开关单元。v零电流
9、转换PWM（ZCT-PWM）开关单元。因此零转换PWM电路可分为：v零电压转换PWM电路；v零电流转换PWM电路。7.1.3 软开关电路的分类软开关电路的分类 谐振电路与主开关相并联，不再参与主要功率的传输，只在主开关通断时工作，损耗较小。辅助开关S1控制谐振。保留了零开关PWM电路的优点。开关器件的电压、电流应力很小且软开关的实现不受输入电压和负载变化的影响。7.1.3 软开关电路的分类软开关电路的分类准谐振电路准谐振电路n零电压开关准谐振电路零电压开关准谐振电路(ZVS QRC）n零电流开关准谐振电路零电流开关准谐振电路(ZCS QRC）n零电压开关多谐振电路零电压开关多谐振电路(ZVS
10、MRC）n用于逆变器的谐振直流环节用于逆变器的谐振直流环节(Resonant DC Link）零开关零开关PWM电路电路n零电压开关零电压开关PWM电路（电路（ZVS PWM）n零电流开关零电流开关PWM电路（电路（ZCS PWM）零转换零转换PWM电路电路n零电压转换零电压转换PWM电路（电路（ZVT PWM）n零电流转换零电流转换PWM电路（电路（ZCT PWM）软开关电路一览表软开关电路一览表7.1.3 软开关电路的分类软开关电路的分类7.2.1 零电压开关准谐振电路零电压开关准谐振电路7.2.2 零电压开关零电压开关PWM电路电路7.2.3 零电压转换零电压转换PWM电路电路7.2.4
11、 谐振直流环谐振直流环7.2 典型的软开关电路典型的软开关电路 输入电源Ui、主开关S、续流二极管VD、输出滤波电感L、电容C构成降压型电路 VDS、谐振电感Lr、电容Cr和开关S构成准谐振开关单元。7.2.1 零电压开关准谐振电路零电压开关准谐振电路假设：v电感L很大，等效为电流源v电容C很大，等效为电压源v忽略电路中的损耗。图7.9 降压型零电压开关准谐振电路 t0t1：Cr线性充电，S零电压关断vt0前，S为通态，VD为断态，ucr=0，iLr=IL。v t0时刻，S关断，Cr使S电压减缓上升，因此，S关断过程为零电压关断。7.2.1 零电压开关准谐振电路零电压开关准谐振电路nS关断后，
12、VD尚未导通，电感Lr+L向Cr充电，L很大，可以等效为电流源。ucr线性上升，uVD逐渐下降n直到t1时刻，uVD=0，VD导通。这一时段ucr的上升率为：7.2.1 零电压开关准谐振电路零电压开关准谐振电路crLrduIdtC nt1t4时段：时段：Lr、Cr谐振谐振nt1时刻，时刻，VD导通，导通，L通过通过VD续流，续流，Lr、Cr、Ui形成谐振回路形成谐振回路。nLr向向Cr充电，按正弦规律上升，充电，按正弦规律上升，iLr按正弦规律下降，按正弦规律下降，nt2时刻，时刻，iLr下降到零，下降到零，u Cr达到达到谐振峰值。谐振峰值。7.2.1 零电压开关准谐振电路零电压开关准谐振电
13、路nt2时刻后，时刻后，Lr、Cr 继续谐振，继续谐振，此时此时Cr向向Lr充电，充电，iLr改变方向改变方向上升，上升，u Cr下降，下降，nt3时刻，时刻，u Cr=Ui，Lr两端电压两端电压为为0，iLr达到反向谐振峰值。达到反向谐振峰值。n t3以后，以后，Lr向向Cr反向充电，反向充电，u Cr继续下降，继续下降，nt4时刻时刻u Cr下降到下降到0，谐振过程结，谐振过程结束。束。7.2.1 零电压开关准谐振电路零电压开关准谐振电路nt1t4时段电路谐振方程为：时段电路谐振方程为：7.2.1 零电压开关准谐振电路零电压开关准谐振电路1114dddd,LrrCriCrrLrCriLrL
14、t tt tiLuUtuCituUiItt t ，n由于由于S的反并联的反并联VDS的作用，的作用，uCr被钳位于被钳位于0，Lr两端电压为两端电压为Ui，i Lr线性衰减，线性衰减，n到到t5时刻，时刻，i Lr=0。n这一时段这一时段S两端电压为零，所两端电压为零，所以以必须在必须在t4t5时段使时段使S开通（施开通（施加驱动信号）加驱动信号），实现零电压开，实现零电压开通，才不会产生开通损耗。通，才不会产生开通损耗。7.2.1 零电压开关准谐振电路零电压开关准谐振电路nt4t6时段：时段：Lr线性充放电，线性充放电，S零电压开通零电压开通7.2.1 零电压开关准谐振电路零电压开关准谐振电
15、路n 若保证开关若保证开关S工作于零电压开工作于零电压开通，则开关通，则开关S的驱动控制信号的驱动控制信号低电平时间小于低电平时间小于t5-t0差差，nt5-t0差值与谐振电路振荡频率差值与谐振电路振荡频率有关。有关。n实际实际S关断时间关断时间toff=t6-t0，n斩波电路输出电压平均值为斩波电路输出电压平均值为(T-toff)Ui/T,n若改变输出电压，只能调节控若改变输出电压，只能调节控制周期制周期T。nS开通后，开通后，i Lr线性上升，线性上升，n直到直到t6时刻，时刻，i Lr=IL，VD关断。关断。这一时段这一时段i Lr电流的变化率为：电流的变化率为：nt6t0时段时段nS继
16、续导通，继续导通，VD关断，关断，n i Lr=IL，uCr=0。nt0时刻关断时刻关断S，开始下一个开关，开始下一个开关周期。周期。7.2.1 零电压开关准谐振电路零电压开关准谐振电路ddiLrrUitL n谐振过程是实现软的必要条件。谐振过程是实现软的必要条件。n下面就对零电压开关准谐振电路下面就对零电压开关准谐振电路t1t4时段的谐振过程时段的谐振过程进行定量分析。进行定量分析。7.2.1 零电压开关准谐振电路零电压开关准谐振电路7.2.1 零电压开关准谐振电路零电压开关准谐振电路n通过求解式通过求解式n可得可得uCr，即开关，即开关S两端的电压两端的电压us的表达式为：的表达式为：11
17、14dddd,LrrCriCrrLrCriLrLttttiLuUtuCituUiItt t ，1141()sin(),rCrLrirrrrLutIttUtt tCL C7.2.1 零电压开关准谐振电路零电压开关准谐振电路 求其在求其在t1，t4上的最大值得上的最大值得到到uCr的谐振峰值表达式，也的谐振峰值表达式，也就是开关就是开关S承受的峰值电压：承受的峰值电压：1141()sin(),rCrLrirrrrLutIttUtt tCL C rprLiLUIUC7.2.1 零电压开关准谐振电路零电压开关准谐振电路n由上式可以看出，如果正弦项的幅值小于由上式可以看出，如果正弦项的幅值小于Ui，uc
18、r就不可就不可能谐振到能谐振到0，不可能实现零电压开通，因此，不可能实现零电压开通，因此n此即准谐振电路此即准谐振电路实现软开关的条件实现软开关的条件。n谐振电压峰值将高于输入电压的两倍谐振电压峰值将高于输入电压的两倍，开关的耐压必须，开关的耐压必须相应提高。它是零电压开关准谐振电路的一大缺点。相应提高。它是零电压开关准谐振电路的一大缺点。rirLLIUC 1141()sin(),rCrLrirrrrLutIttUtt tCL Cn移相全桥型电路是目前应用最广泛的软开关电路之一。移相全桥型电路是目前应用最广泛的软开关电路之一。n特点特点:n电路结构简单电路结构简单，仅增加了一个谐振电感，电路中
19、四个开，仅增加了一个谐振电感，电路中四个开关器件都在零电压的条件下开通。关器件都在零电压的条件下开通。7.2.2 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n移相全桥开关移相全桥开关PWM电路的控制方式有几个特点：电路的控制方式有几个特点：（）在一个开关周期内（）在一个开关周期内T，开关处于通态和断态的时间，开关处于通态和断态的时间固定不变。固定不变。导通的时间略小于导通的时间略小于T/2，而关断的时间略大，而关断的时间略大于于T/2。（）同一个半桥中，上下两个开关互补控制，有死区时（）同一个半桥中，上下两个开关互补控制，有死区时间。间。7.2.2 移相全桥型零电压开关移相全桥型零
20、电压开关PWM电路电路（）比较互为对角的（）比较互为对角的2对开关对开关S1、S4和和S2、S3开关函数波形，开关函数波形，S1波形波形超前超前S40T/2，而，而S2波形比波形比S3波形超前波形超前0T/2，因此，因此S1和和S2称超前桥臂而称超前桥臂而S3和和S4称滞后桥臂。称滞后桥臂。在一个在一个T内，电路的工作过程可分为内，电路的工作过程可分为10个时段描述，个时段描述，t0t5和和t5t0两时两时段工作过程完全对称，段工作过程完全对称，只分析半个开关周期时段。假设开关都是理想的，并忽略电路中只分析半个开关周期时段。假设开关都是理想的，并忽略电路中的损耗。的损耗。nt0t1：S1、S4
21、通态。通态。nt1t2：t1时，时，S1关断，电容关断，电容Cs1、Cs2与与电感电感Lr、L构成谐振回路，其中二次构成谐振回路，其中二次电感电感L折算到一次回路参与折算到一次回路参与谐振谐振。n谐振开始时，谐振开始时，uA(t1)=Ui，在谐振过程，在谐振过程中，中，uA下降，直到下降，直到uA=0，S2的反并联的反并联VDS2导通，电流导通，电流iLr通过通过 VDS2续流。续流。7.2.2 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t1t2等效电路等效电路nt2t3时段：时段：t2时刻，时刻，S2开通，开通，n此时此时VDS2处于通态，因故处于通态，因故S2开开通时电压为零，
22、为零电压开通。通时电压为零，为零电压开通。nS2开通后，电路状态也不变，开通后，电路状态也不变，n到到t3时刻，时刻，S4关断。关断。7.2.2 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nt3t4：S4关断后，关断后，VD1和和VD2导通，导通，变压器一次和二次电压均为零，变压器一次和二次电压均为零，相当于短路。变压器一次侧相当于短路。变压器一次侧Cs3、Cs4与与Lr构成谐振回路。构成谐振回路。n谐振过程中，谐振过程中，Lr的电流减小，的电流减小，B点点电压上升，直到电压上升，直到VDs3导通。这种导通。这种状态维持到状态维持到t4时刻，时刻，S3开通，因此开通，因此S3是在零
23、电压的条件下开通。是在零电压的条件下开通。7.2.2 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nt4t5：S3开通后，开通后，Lr的电流的电流iLr继续减继续减小，下降到小，下降到0后反向，并不断增大，后反向，并不断增大，n到到t5时刻，时刻，iLr=IL/kT，变压器二次侧，变压器二次侧整流管整流管VD1的电流下降到的电流下降到0而关断，而关断，电流全部转移到电流全部转移到VD2中。中。nt0t5时段正好是开关周期的一半，而时段正好是开关周期的一半，而在另一半开关周期在另一半开关周期t5t0时段中，电路时段中，电路的工作过程与时段完全对称。的工作过程与时段完全对称。7.2.2
24、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n以升压型零电压转换（以升压型零电压转换（Boost ZVT-PWM）电路为例）电路为例 n输入电源输入电源Ui、主开关、主开关S、升压二极管、升压二极管VD、升压电感、升压电感L和和滤波电容滤波电容C构成升压型电路。构成升压型电路。VDs是是S的反并联二极管。的反并联二极管。n辅助开关辅助开关S1、二极管、二极管VD1、谐振电感、谐振电感Lr、Cr构成的辅助构成的辅助谐振电路与主开关谐振电路与主开关S并联，构成零并联，构成零电压转换电压转换PWM开关开关单元。单元。7.2.3 零电压转换零电压转换PWM电路电路n在一个开关周期内，工作过程
25、在一个开关周期内，工作过程可分可分7个时段。假定所有元件都个时段。假定所有元件都是理想的。升压电感是理想的。升压电感L足够大，足够大，即电路的输入电流保持不变，即电路的输入电流保持不变，可等效为恒流源。可等效为恒流源。n滤波电容滤波电容C也足够大，在一个也足够大，在一个开关周期中，开关周期中，C两端电压保持两端电压保持不变，即电路的输出电压保持不变，即电路的输出电压保持不变，可等效为恒压源。不变，可等效为恒压源。7.2.3 零电压转换零电压转换PWM电路电路n选择辅助开关的开通时刻为起点选择辅助开关的开通时刻为起点 nt0t1时段时段:谐振电感充电，谐振电感充电，S1和和VD换流换流nt0以前
26、，以前，S、S1关断，关断，VD导通。导通。n在在t0时刻，时刻，S1开通，开通，Lr正向充电，正向充电，电流电流iLr从从0开始线性上升，变化规开始线性上升，变化规律为：律为：7.2.3 零电压转换零电压转换PWM电路电路0()()oLrrUttitL n因此，辅助开关因此，辅助开关S1的开通过程的开通过程为零电流开通。为零电流开通。n由于由于iLr从从0逐渐上升，升压二极逐渐上升，升压二极管管VD上电流上电流IL开始下降，其变开始下降，其变化规律为：化规律为：7.2.3 零电压转换零电压转换PWM电路电路0()()oVDLrUttitIL n到到t1时刻，时刻，iLr上升到上升到IL，iV
27、D下下降到降到0，S1和和VD换流过程结束，换流过程结束，VD零电流关断。零电流关断。持续的时间持续的时间为：为：7.2.3 零电压转换零电压转换PWM电路电路110rLoL ItttUnt1t2时段时段:Lr、Cr谐振阶段谐振阶段nt1时刻，时刻，VD关断，关断，Lr和和Cr开始谐开始谐振，振，iLr由由IL继续谐振上升，谐振继续谐振上升，谐振电容电压电容电压ucr由输出电压由输出电压Uo谐振下谐振下降。降。iLr和和ucr的变化规律为：的变化规律为：7.2.3 零电压转换零电压转换PWM电路电路1()sin()oLrLrUitIttZ 1()cos()CroutUtt/rrrZLC 1/r
28、rL C 其中特征阻抗其中特征阻抗谐振角频率谐振角频率nt2时刻，时刻，ucr下降到下降到0，主开关，主开关S的的反并联二极管导通，将反并联二极管导通，将S两端电两端电压箝位为压箝位为0，即，即us=0，此时谐振，此时谐振电感电流为：电感电流为：n持续的时间为持续的时间为1/4谐振周期为：谐振周期为：7.2.3 零电压转换零电压转换PWM电路电路2()oLrLrUitIZ2212rrtttL C nt2t3时段时段:主开关零电压开通主开关零电压开通nt2时刻，时刻，VDs导通，导通，S端电压箝位端电压箝位于于0，在该时段给，在该时段给S加驱动信号，加驱动信号，S为零电压开通。为零电压开通。n因
29、此主开关因此主开关S滞后于辅助开关滞后于辅助开关S1开开通时刻，滞后时间应该稍大于通时刻，滞后时间应该稍大于t1+t2。同时，该时间段。同时，该时间段Lr和和Cr停止谐振，停止谐振，iLr保持不变。保持不变。7.2.3 零电压转换零电压转换PWM电路电路nt3t4时段：谐振电感放电时段：谐振电感放电 n t3时刻，时刻，S1关断。由于关断时，其关断。由于关断时，其上电流为谐振电感电流上电流为谐振电感电流iLr(t2)，不，不为为0；且；且S1关断后，关断后，VD1导通，导通，S1的电压立刻被箝位为的电压立刻被箝位为U0，因此，因此S1为硬关断，将会产生较大的关断为硬关断，将会产生较大的关断损耗
30、。损耗。7.2.3 零电压转换零电压转换PWM电路电路nS1关断后，关断后，Lr两端电压为两端电压为-Uo，Lr反向放电，其能量释放给负载。反向放电，其能量释放给负载。iLr线性下降，主开关电流线性下降，主开关电流is线性上线性上升，其变化规律分别为：升，其变化规律分别为：7.2.3 零电压转换零电压转换PWM电路电路23()()()OLrLrrUititttL3()()OOSrrUUitttZL n到到t4时刻，时刻，iLr线性下降到线性下降到0，is线性线性上升到上升到IL。持续的时间为：。持续的时间为：7.2.3 零电压转换零电压转换PWM电路电路443()oLrroUILZtttU n
31、t4t5时段时段:PWM工作工作 nt4时刻，时刻，iLr线性下降到线性下降到0，VD1关断。该时段，关断。该时段，S始终导通，升始终导通，升压电感压电感L通过通过S储能，储能，is=IL，负，负载由载由C供电。供电。n此时段电路的工作情况和升压此时段电路的工作情况和升压电路中开关开通时段的工作情电路中开关开通时段的工作情况一样。况一样。7.2.3 零电压转换零电压转换PWM电路电路nt5t6时段时段:谐振电容充电，主开谐振电容充电，主开关零电压关断，关零电压关断，nt5时刻，关断时刻，关断S。谐振电容。谐振电容Cr通通过升压电感过升压电感L恒流充电，谐振电恒流充电，谐振电容电压容电压uCr，
32、即主开关电压，即主开关电压us从从0开始线性上升，其变化规律为：开始线性上升，其变化规律为：7.2.3 零电压转换零电压转换PWM电路电路5()()LSCrIuutttC 7.2.3 零电压转换零电压转换PWM电路电路n可见，主开关可见，主开关S的关断过程为零的关断过程为零电压关断。到电压关断。到t6时刻时刻ucr充电上升充电上升到到Uo，VD导通。持续的时间为：导通。持续的时间为：665orLUtttCInt6t0时段时段:PWM工作工作n该时段，该时段，S和和S1均处于关断状态，均处于关断状态，VD导通。输入电压和升压电感导通。输入电压和升压电感通过通过VD给滤波电容和负载供电。给滤波电容
33、和负载供电。nt0时刻，触发开通辅助开关，开时刻，触发开通辅助开关，开始下一个开关周期。始下一个开关周期。7.2.3 零电压转换零电压转换PWM电路电路n通过以上分析可知：通过以上分析可知：n一个开关周期一个开关周期T中：中：t4t5、t6t0 升压电路的升压电路的PWM工作过程。工作过程。nt0t1谐振电感充电时段谐振电感充电时段nt1t2谐振工作时段谐振工作时段nt2t3主开关的零电压开通主开关的零电压开通nt3t4谐振电感放电时段谐振电感放电时段nt5t6零电压关断。零电压关断。n为了实现电路的为了实现电路的PWM控制，在控制，在设计参数时，应使设计参数时，应使t0t4、t5t6相相对于
34、对于t4t5、t6t0的时间很短，这的时间很短，这样谐振元件的工作对电路的样谐振元件的工作对电路的PWM特性影响就很小。特性影响就很小。7.2.3 零电压转换零电压转换PWM电路电路7.2.4 谐振直流环谐振直流环 谐振直流环电路应用于交流谐振直流环电路应用于交流-直流直流-交流变换电路的交流变换电路的中间直流环节（中间直流环节（DC-Link）。通过在直流环节中引入）。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谐振，使电路中的整流或逆变环节工作在软开关的条件下。件下。7.2.4 谐振直流环谐振直流环谐振直流环电路谐振直流环电路:电路等效图电路等效图谐振直流谐振直流环电
35、路的环电路的等效电路等效电路7.2.4 谐振直流环谐振直流环 电路的工作过程：电路的工作过程：t0t1时段：时段：t0时刻之前，开关时刻之前，开关S处于通态，处于通态，iL rIL，。，。t0时刻时刻S关断关断，电路中发生谐振。，电路中发生谐振。iLr对对Cr充电，充电，t1时刻，时刻，uCr=Ui。t0t1t2t3t4t0iLruCrUiILttOO7.2.4 谐振直流环谐振直流环 电路的工作过程：电路的工作过程：nt1t2时段时段：t1时刻，谐振电流时刻，谐振电流iL r达到峰值。达到峰值。t1时刻以后，时刻以后，iLr继续向继续向Cr充电，直到充电，直到t2时刻时刻iLr=IL，uCr达
36、到谐振峰值。达到谐振峰值。t0t1t2t3t4t0iLruCrUiILttOO7.2.4 谐振直流环谐振直流环 电路的工作过程：电路的工作过程：nt2t3时段时段：uCr向向Lr和和L放电，放电，iLr降低，到零后反向，降低，到零后反向，直到直到t3时刻时刻uCr=Ui。t0t1t2t3t4t0iLruCrUiILttOO7.2.4 谐振直流环谐振直流环 电路的工作过程：电路的工作过程：nt3t4时段时段：t3时刻，时刻，iLr达到反向谐振峰值，开始衰达到反向谐振峰值，开始衰减，减，uCr继续下降，继续下降，t4时刻，时刻，uCr=0，S的反并联二的反并联二极管极管VDS导通，导通，uCr被箝
37、位于零。被箝位于零。t0t1t2t3t4t0iLruCrUiILttOOt5iD7.2.4 谐振直流环谐振直流环 电路的工作过程：电路的工作过程：nt4t5时段时段：t4时刻，时刻，uCr=0，S的反并联二极管的反并联二极管VDS导通，导通，uCr被箝位于零。被箝位于零。t5时刻，时刻，iLr=IL，iD=0，在，在t4t5时段区时段区间给逆变桥开关施加驱动信号，就可以使开关在零电间给逆变桥开关施加驱动信号，就可以使开关在零电压下开通，开关实际接通在压下开通，开关实际接通在t5。t5时以后若不接通时以后若不接通S，则则uCr按图中红色线变化。按图中红色线变化。t0t1t2t3t4t0iLruC
38、rUiILttOOt5iDuCr7.2.4 谐振直流环谐振直流环缺点：缺点：电压谐振峰值很高，增加了对开关器件耐压的要求。电压谐振峰值很高，增加了对开关器件耐压的要求。7.2.4 谐振直流环谐振直流环本章介绍了软开关技术的概念和分类，并对四种典型的软本章介绍了软开关技术的概念和分类，并对四种典型的软开关电路进行了分析。开关电路进行了分析。（1）硬开关电路存在开关损耗和开关噪声，并随着开关频）硬开关电路存在开关损耗和开关噪声，并随着开关频率的提高变得更为严重。软开关技术通过引入谐振改善了率的提高变得更为严重。软开关技术通过引入谐振改善了开关的开关条件，在很大程度上解决了这两个问题。开关的开关条件
39、，在很大程度上解决了这两个问题。（2）软开关技术总的来说可分为零电压和零电流两类。按）软开关技术总的来说可分为零电压和零电流两类。按其出现的先后，又可将其分为准谐振、零开关其出现的先后，又可将其分为准谐振、零开关PWM和零转和零转换换PWM三大类。每一类都包含基本拓扑和众多的派生拓扑。三大类。每一类都包含基本拓扑和众多的派生拓扑。（3）零电压开关准谐振电路、零电压开关）零电压开关准谐振电路、零电压开关PWM电路和零电路和零电压转换电压转换PWM电路分别是三类软开关电路的代表；谐振直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流环电路是软开关技术在DC/AC电路中的典型应用。电路中的典型应用。小小 结结
