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1、电力电子技术谐振软开关技术本讲稿第一页，共十二页谐振软开关的基本概念谐振软开关的基本概念电路开关损耗电路开关损耗谐振软开关：谐振过零实现开通、关断。谐振软开关：谐振过零实现开通、关断。开关过程器件损耗及硬、软开关方式开关过程器件损耗及硬、软开关方式本讲稿第二页，共十二页谐振软开关的基本概念谐振软开关的基本概念零电压开关：器件开断前，电压已为零；零电压开关：器件开断前，电压已为零；零电流开关：器件开断前，电流已为零；零电流开关：器件开断前，电流已为零；注意：并联电容实现零电压关断和串联电感实现零电流开通，会造成电路总损耗增加、关断注意：并联电容实现零电压关断和串联电感实现零电流开通，会造成电路总
2、损耗增加、关断电压变大等负面影响。电压变大等负面影响。零电压开关与零电流开关零电压开关与零电流开关本讲稿第三页，共十二页谐振软开关的基本概念谐振软开关的基本概念谐振软开关电路类型谐振软开关电路类型1 1、准谐振电路、准谐振电路、准谐振电路、准谐振电路(a)ZVSQRC;(b)ZCSQRC;(c)ZVSMRCa)ZVSQRC;(b)ZCSQRC;(c)ZVSMRC优点：开关损耗、噪声大为降低；优点：开关损耗、噪声大为降低；优点：开关损耗、噪声大为降低；优点：开关损耗、噪声大为降低；缺点：谐振过程导致电压峰值缺点：谐振过程导致电压峰值缺点：谐振过程导致电压峰值缺点：谐振过程导致电压峰值开关器件耐压
3、要求提高；开关器件耐压要求提高；开关器件耐压要求提高；开关器件耐压要求提高；谐振电流有效值谐振电流有效值谐振电流有效值谐振电流有效值电路导通损耗电路导通损耗电路导通损耗电路导通损耗；谐振周期随输入电压、输出负载变化，电路不能采用定频调款谐振周期随输入电压、输出负载变化，电路不能采用定频调款谐振周期随输入电压、输出负载变化，电路不能采用定频调款谐振周期随输入电压、输出负载变化，电路不能采用定频调款PWMPWM控制，只能采用调频控制控制，只能采用调频控制控制，只能采用调频控制控制，只能采用调频控制电路设计困难。电路设计困难。电路设计困难。电路设计困难。本讲稿第四页，共十二页谐振软开关的基本概念谐振
4、软开关的基本概念谐振软开关电路类型谐振软开关电路类型2 2、零开关、零开关、零开关、零开关PWMPWM电路电路电路电路(a)ZVSPWM;(b)ZCSPWM;a)ZVSPWM;(b)ZCSPWM;器件承受电压低，可以采用定频的器件承受电压低，可以采用定频的器件承受电压低，可以采用定频的器件承受电压低，可以采用定频的PWMPWM控制方式；控制方式；控制方式；控制方式；本讲稿第五页，共十二页谐振软开关的基本概念谐振软开关的基本概念谐振软开关电路类型谐振软开关电路类型(a)ZVTPWM;(b)ZCTPWM;a)ZVTPWM;(b)ZCTPWM;输入电压、负载电流影响很小；输入电压、负载电流影响很小；
5、输入电压、负载电流影响很小；输入电压、负载电流影响很小；无功功率减小，电路工作效率提高；无功功率减小，电路工作效率提高；无功功率减小，电路工作效率提高；无功功率减小，电路工作效率提高；3 3、零转换、零转换、零转换、零转换PWMPWM电路电路电路电路本讲稿第六页，共十二页典型谐振开关电路典型谐振开关电路Lr谐振电感；谐振电感；Cr谐振电容。谐振电容。一个工作周期分四个阶段：一个工作周期分四个阶段：阶段阶段（t0-t1）：）：VT在零电压下关断，电路以在零电压下关断，电路以iL=I0向向Cr充电，充电，uc=0E。阶段阶段（t1-t2）：）：VD导通，导通，Cr、Lr构成串联谐振构成串联谐振（t
6、 t1 1-t-t1 1 磁场能量向电场能量转换磁场能量向电场能量转换uc，t t1 1-t t2 2电场能量向磁场能量转换电场能量向磁场能量转换uc下降）下降）；t t”1 1时刻时刻,uc=E,i,uc=E,iL L=-I=-I0 0；t2t2时刻，时刻，u uc c=0=0，VDr导通，导通，ucuc钳位于钳位于0 0。阶段阶段（t2-t3）：）：t t2 2-t-t2 2期间，期间，VTVT预触发；预触发；t t2 2时刻后，时刻后，i iL L正过零正过零VDr关断，关断，VT在零电压、零电流在零电压、零电流下导通，下导通，i iL，并在，并在t t3时刻到达时刻到达I I0 0。阶
7、段阶段（t3-t4）：）：VT导通，负载电流全部由导通，负载电流全部由E提供；提供；VD关断，关断，u uc=0为下次关断为下次关断VT做好准备。做好准备。零电压开关准谐振电路零电压开关准谐振电路缺点：谐振电压峰值高于电源电压（缺点：谐振电压峰值高于电源电压（E）2倍以上，因此功率开关器件要有很高的倍以上，因此功率开关器件要有很高的耐压值。耐压值。本讲稿第七页，共十二页典型谐振开关电路典型谐振开关电路零电流开关准谐振电路零电流开关准谐振电路缺点：缺点：VTVT上电流上电流i iL L的峰值显著大的峰值显著大于负载电流于负载电流I I0 0，因此通态损耗较大。，因此通态损耗较大。Lr谐振电感；谐
8、振电感；Cr谐振电容。谐振电容。一个工作周期分四个阶段：一个工作周期分四个阶段：阶段阶段（t0-t1）：）：i iL LI I0 0，Cr充电充电 u uc c；t t1 1时刻时刻i iL L上升至峰值上升至峰值，u uc c=E=E；t t”1 1时刻时刻i iL L下降至下降至I I0 0，u uc c=2E E；t2t2时刻时刻i iL L下降至下降至0 0，因，因VTVT为单向开关，为单向开关，i iL L不能不能过零反振为负，故此时过零反振为负，故此时VTVT满足零电流条件，取消触满足零电流条件，取消触发信号后即可实现零电流关断（发信号后即可实现零电流关断（VDVD反偏截止）。反偏
9、截止）。阶段阶段（t2-t3）：）：t t2 2后后VTVT关断，关断，CrCr由负载电流由负载电流I I0 0反向反向充电，充电，u uc c线性下降线性下降；t t3时刻，时刻，u uc c下降至下降至0 0，VDVD无反无反偏开始导通为负载续流偏开始导通为负载续流。阶段阶段（t3-t4）：负载电流由）：负载电流由VD续流，续流，u uc=0为开通为开通VT、进入下一共做周期做好准备。、进入下一共做周期做好准备。本讲稿第八页，共十二页典型谐振开关电路典型谐振开关电路缺点：开关缺点：开关谐振电压峰值高于电源电压，谐振电压峰值高于电源电压，器件耐压要器件耐压要求高。求高。谐振直流环谐振直流环L
10、r谐振电感；谐振电感；Cr谐振电容；谐振电容；谐振直流出现电压过零，提供软开关的条件谐振直流出现电压过零，提供软开关的条件本讲稿第九页，共十二页工作规律：工作规律：1）一个开关周期）一个开关周期T内，每个开关元件导通时间略小于内，每个开关元件导通时间略小于T/2，关断时间略大于，关断时间略大于T/2；2）为防止同桥臂上、下元件直接短路，设置了开关切换死区时间；）为防止同桥臂上、下元件直接短路，设置了开关切换死区时间；3）VT1触发信号触发信号ug1超前超前VT4触发信号触发信号ug4(0T/2)时间；时间；VT2触发信号触发信号ug2超前超前VT3触触发信号发信号ug3(0T/2)时间；时间；典型谐振开关电路典型谐振开关电路全桥零电压开关全桥零电压开关PWM电路电路本讲稿第十页，共十二页典型谐振开关电路典型谐振开关电路全桥零电压开关全桥零电压开关PWM电路电路电路主要波形：电路主要波形：T1t2阶段等效电路阶段等效电路T3t4阶段等效电路阶段等效电路本讲稿第十一页，共十二页典型谐振开关电路典型谐振开关电路零电压转换零电压转换PWM电路电路电路原理：电路原理：(升压型升压型)T1t2阶段等效电路阶段等效电路电路主要波形：电路主要波形：本讲稿第十二页，共十二页