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1、电电 力力 电电 子子 技技 术术Power Electronics.电电力力电电子子技技术术常规的DC/DC PWM功率变换技术进一步提高开关频率会面临许多问题。随着开关频率的提高，一方面开关管的开关损耗会成正比的上升，使电路的效率大大的降低，从而使变换器处理功率的能力大幅下降；另一方面，系统会对外产生严重的电磁干扰（EMI）。所谓软开关，通常是指零电压开关ZVS（Zero Voltage Switching） 和 零 电 流 开 关 ZCS（ Zero Current Switching）或近似零电压开关与零电流开关。 7.1 概述学习指导学习指导7.1 概述概述 7.1.1功率电路的开关
2、过程功率电路的开关过程 7.1.2软开关的特征及分类软开关的特征及分类 7.1.3谐振电路的构成及特性谐振电路的构成及特性 7.2 准谐振软开关变换器准谐振软开关变换器 7.2.1零电压开关准谐振变换器零电压开关准谐振变换器 7.2.2零电流开关准谐振变换器零电流开关准谐振变换器7.3 PWM软开关变换器软开关变换器 7.3.1零开关零开关PWM变换器变换器 7.3.2零转换零转换PWM变换器变换器 7.3.3移移相相控控制制ZVS-PWM全全桥桥变变换器换器.电电力力电电子子技技术术7.1.1 功率电路的开关过程功率电路的开关过程 在功率变换电路中，每只功率管都要进行开通与关断控制。功率管在
3、开通时开关管的电压不是瞬时下降到零，而是有一个下降时间，同时它的电流也不是瞬时上升到负载电流，也有一个上升时间。在这段时间里，电流和电压有一个交叠区，产生损耗，通常称 之 为 开 通 损 耗 （ Turn-on loss），如图7-1(a)所示。 （a）开通过程图7-1 开关管开通与关断过程的电压电流及功率损耗曲线学习指导学习指导7.1 概述概述 7.1.1功率电路的开关过程功率电路的开关过程 7.1.2软开关的特征及分类软开关的特征及分类 7.1.3谐振电路的构成及特性谐振电路的构成及特性 7.2 准谐振软开关变换器准谐振软开关变换器 7.2.1零电压开关准谐振变换器零电压开关准谐振变换器
4、7.2.2零电流开关准谐振变换器零电流开关准谐振变换器7.3 PWM软开关变换器软开关变换器 7.3.1零开关零开关PWM变换器变换器 7.3.2零转换零转换PWM变换器变换器 7.3.3移移相相控控制制ZVS-PWM全全桥桥变变换器换器.电电力力电电子子技技术术7.1.1 功率电路的开关过程功率电路的开关过程 当开关管关断时，开关管的电压不是瞬时从零上升到电源电压，而是有一个上升时间，同时它的电流也不是瞬时下降到零，也有一个下降时间。在这段时间里，电流和电压也有一个交叠区，产生损耗，通常称之为关断损耗（Turn-off loss），如图7-1(b)所示。 （a）关断过程图7-1 开关管开通与
5、关断过程的电压电流及功率损耗曲线学习指导学习指导7.1 概述概述 7.1.1功率电路的开关过程功率电路的开关过程 7.1.2软开关的特征及分类软开关的特征及分类 7.1.3谐振电路的构成及特性谐振电路的构成及特性 7.2 准谐振软开关变换器准谐振软开关变换器 7.2.1零电压开关准谐振变换器零电压开关准谐振变换器 7.2.2零电流开关准谐振变换器零电流开关准谐振变换器7.3 PWM软开关变换器软开关变换器 7.3.1零开关零开关PWM变换器变换器 7.3.2零转换零转换PWM变换器变换器 7.3.3移移相相控控制制ZVS-PWM全全桥桥变变换器换器.电电力力电电子子技技术术7.1.1 功率电路
6、的开关过程功率电路的开关过程 可见当功率管开关工作时，要产生开通损耗和关断损耗，统称为开关损耗（Switching loss），通常可由一个开关周期的平均开通和关断损耗求出。假设导通后流入功率管电流为IC，关断后功率管承受的电压为UC，导通时的管压降忽略不计，则由图7-1分析，不难求得导通和关断过程功率管的电流、电压瞬时值i、u。开通过程：关断过程： 学习指导学习指导7.1 概述概述 7.1.1功率电路的开关过程功率电路的开关过程 7.1.2软开关的特征及分类软开关的特征及分类 7.1.3谐振电路的构成及特性谐振电路的构成及特性 7.2 准谐振软开关变换器准谐振软开关变换器 7.2.1零电压开
7、关准谐振变换器零电压开关准谐振变换器 7.2.2零电流开关准谐振变换器零电流开关准谐振变换器7.3 PWM软开关变换器软开关变换器 7.3.1零开关零开关PWM变换器变换器 7.3.2零转换零转换PWM变换器变换器 7.3.3移移相相控控制制ZVS-PWM全全桥桥变变换器换器.电电力力电电子子技技术术7.1.1 功率电路的开关过程功率电路的开关过程 一个开关周期的平均开通和关断损耗PS为： 7-1式中：PS 功率管开关损耗； ton功率管开通时间； toff功率管关断时间； f 功率管开关频率； UC关断后功率管承受的电压； IC 导通后流入功率管电流。在工作电压和工作电流一定的条件下，功率管
8、在每个开关周期中的开关损耗是恒定的，变换器总的开关损耗与开关频率成正比。开关损耗的存在限制了变换器开关频率的提高，从而限制了变换器的小型化和轻量化。同时，开关管工作在硬开关时还会产生较高的di/dt和dv/dt，从而产生较大的电磁干扰。 学习指导学习指导7.1 概述概述 7.1.1功率电路的开关过程功率电路的开关过程 7.1.2软开关的特征及分类软开关的特征及分类 7.1.3谐振电路的构成及特性谐振电路的构成及特性 7.2 准谐振软开关变换器准谐振软开关变换器 7.2.1零电压开关准谐振变换器零电压开关准谐振变换器 7.2.2零电流开关准谐振变换器零电流开关准谐振变换器7.3 PWM软开关变换
9、器软开关变换器 7.3.1零开关零开关PWM变换器变换器 7.3.2零转换零转换PWM变换器变换器 7.3.3移移相相控控制制ZVS-PWM全全桥桥变变换器换器.电电力力电电子子技技术术7.1.2 软开关的特征及分类软开关的特征及分类 通过在原来的开关电路中增加很小的电感、电容等谐振元件，构成辅助换流网络，在开关过程前后引入谐振过程，使开关开通前电压先降为零，或关断前电流先降为零，就可以消除开关过程中电压、电流的重叠，降低它们的变化率，从而大大减小甚至消除开关损耗和开关噪声，这样的电路称为软开关电路软开关电路。软开关电路中典型的开关过程如图7-2所示，具有这样开关过程的开关称为软开关软开关。图
10、7-2 软开关的开关过程学习指导学习指导7.1 概述概述 7.1.1功率电路的开关过程功率电路的开关过程 7.1.2软开关的特征及分类软开关的特征及分类 7.1.3谐振电路的构成及特性谐振电路的构成及特性 7.2 准谐振软开关变换器准谐振软开关变换器 7.2.1零电压开关准谐振变换器零电压开关准谐振变换器 7.2.2零电流开关准谐振变换器零电流开关准谐振变换器7.3 PWM软开关变换器软开关变换器 7.3.1零开关零开关PWM变换器变换器 7.3.2零转换零转换PWM变换器变换器 7.3.3移移相相控控制制ZVS-PWM全全桥桥变变换器换器.电电力力电电子子技技术术7.1.2 软开关的特征及分
11、类软开关的特征及分类 使开关开通前两端电压为零，则开关开通时就不会产生损耗和噪声，这种开通方式称为零零电压开开通通，简称零零电压开开关关；使开关关断前流过其电流为零，则开关关断时也不会产生损耗和噪声，这种关断方式称为零零电流流关关断断，简称零零电流流开开关关；零电压开通和零电流关断要靠电路中的谐振来实现。与开关相串联的电感能使开关开通后电流上升延缓，降低了开通损耗(零电流开通)，但断态时功率管的电压应力增大；与开关并联的电容能使开关关断后电压上升延缓，从而降低关断损耗（零电压关断），但通态时功率管的电流应力增大。这样的开关过程一般给电路造成总损耗增加、关断过电压增大等负面影响，是得不偿失的，因
12、此常与零电压开通和零电流关断配合应用。学习指导学习指导7.1 概述概述 7.1.1功率电路的开关过程功率电路的开关过程 7.1.2软开关的特征及分类软开关的特征及分类 7.1.3谐振电路的构成及特性谐振电路的构成及特性 7.2 准谐振软开关变换器准谐振软开关变换器 7.2.1零电压开关准谐振变换器零电压开关准谐振变换器 7.2.2零电流开关准谐振变换器零电流开关准谐振变换器7.3 PWM软开关变换器软开关变换器 7.3.1零开关零开关PWM变换器变换器 7.3.2零转换零转换PWM变换器变换器 7.3.3移移相相控控制制ZVS-PWM全全桥桥变变换器换器.电电力力电电子子技技术术7.1.2 软
13、开关的特征及分类软开关的特征及分类 软开关技术问世以来，经历了不断的发展和完善，前后出现了许多种软开关电路，新型的软开关拓扑仍不断的出现。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零零电压电路和零路和零电流流电路路两大类。通常，一种软开关电路要么属于零电压电路，要么属于零电流电路。根据软开关技术发展的历程可以将软开关电路分成全谐振型变换器或谐振型振型变换器器、准准谐振振变换器器、零开关零开关PWM变换器器和和零零转换PWM变换器器。学习指导学习指导7.1 概述概述 7.1.1功率电路的开关过程功率电路的开关过程 7.1.2软开关的特征及分类软开关的特征及分类 7.1.3谐振电路的构成及特性谐振电路的构成及特性 7.2 准谐振软开关变换器准谐振软开关变换器 7.2.1零电压开关准谐振变换器零电压开关准谐振变换器 7.2.2零电流开关准谐振变换器零电流开关准谐振变换器7.3 PWM软开关变换器软开关变换器 7.3.1零开关零开关PWM变换器变换器 7.3.2零转换零转换PWM变换器变换器 7.3.3移移相相控控制制ZVS-PWM全全桥桥变变换器换器.
