1、第 6章 软开关技术 6.1 软开关的基本概念6.1.1 软开关及其特点6.1.2 软开关的分类 6.2 基本的软开关电路6.2.1 准谐振变换电路6.2.2 零开关 PWM变换电路6.2.3 零转换 PWM变换电路 概述 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。 第第 6章章 软开关技术软开关技术 1、硬开关：2）特点：）特点： 不存在电压和电流的交迭。 降低开关损耗、开关噪声。提高开关频率。6.1.1 软开关及其特点软开关及其特点 2）特点：）特点： 开关的开通和
2、关断过程伴随着电压和电流的剧烈变化。开关的开通和关断过程伴随着电压和电流的剧烈变化。 产生较大的开关损耗和开关噪声产生较大的开关损耗和开关噪声 。 2、 软开关 ： 1）定义：）定义： 开关器件在开通过程中端电压很小，在关断过程中其电流也很小，这种开关过程的功率损耗不大，称之为软开关。 1）定义：）定义： 开关器件在其端电压不为零时开通（硬开通），在开关器件在其端电压不为零时开通（硬开通），在其电流不为零时关断（硬关断），硬开通、硬关断统称为硬开其电流不为零时关断（硬关断），硬开通、硬关断统称为硬开关。关。 6.1.1 软开关及其特点软开关及其特点图 6.1.1 Buck直流变换电路的硬开关特
3、性 硬开关（开关过程）其中： 开关管 T开通和关断时存在电压和电流的交迭，即开通时 T两端电压 uT很大，关断时流过 T中的电流 iT很大，从而产生较大的开关损耗和开关噪声。 软开关过程（开关过程）6.1.1 软开关及其特点软开关及其特点1）器件开通： 器件两端电压 uT首先下降为零，然后施加驱动信号 ug， 器件的电流 iT才开始上升；2）器件关断 ： 通过某种控制方式使器件中电流 iT下降为零后，撤除驱动信号 ug ， 电压uT才开始上升。图 6.1.2 软开关特性1、理想软开关：2、实际软开关 :1）器件开通： 对开关管施加驱动信号，电流上升的开通过程中，电压不大且迅速下降为零。2）器件
4、关断： 撤除驱动信号，电流下降的关断过程中，电压不大且上升很缓慢。(图 6.1.2 b)(图 6.1.2 a )2、根据软开关技术发展的历程软开关电路可分为：1）准谐振变换电路2）零开关 PWM变换电路3）零转换 PWM变换电路6.1. 软开关的分类软开关的分类1、根据开关元件开通和关断时电压电流状态，适应于 DC/DC和 DC/AC变换器的软开关技术大体上可分为两类：1）零电压开关（ ZVS）2） 零电流开关（ ZCS）6.2 基本的软开关电路 1、 准谐振变换电路1）零电压开关准谐振变换电路（ ZVS QRC）2） 零电流开关准谐振变换电路（ ZCS QRC）3） 零电压多谐振开关电路（
5、ZVS MRC） 2、 零开关 PWM 变换电路 1）零电压（开通）开关 PWM 变换电路（ ZVS PWM ）2） 零电流（关断）开关 PWM 变换电路（ ZCS PWM ） 3、零转换 PWM 变换电路1）零电流转换开关 PWM 变换电路（ ZCT PWM ）2） 零电压转换开关 PWM 变换电路（ ZVT PWM ） 3）准谐振电路中电压或电流的波形为正弦半波，因此称之为准谐振。6. .1 准谐振变换电路准谐振变换电路2）准谐振变换电路中谐振周期随输入电压、负载变化）准谐振变换电路中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而改变，只能采用脉冲频率调制 (PFM)调控输出电
6、调控输出电压和输出功率，即压和输出功率，即 调频方式调频方式 。1） 变换电路中谐振元件只参与能量变换的某一阶段而变换电路中谐振元件只参与能量变换的某一阶段而不是全过程，且只能改善变换电路中一个开关元件不是全过程，且只能改善变换电路中一个开关元件（如开关管（如开关管 T或二极管或二极管 D） 的开关特性，的开关特性，电路特点：电路特点：6. .1图 6.2.1 以 DC/DC降压变换电路为例的零电压开通准谐 振变换电路（ ZVS QRC) 开关管 T与谐振电容 Cr并联，谐振电感 Lr与 T串联，如果滤波电感 Lf足够大，则输出负载电流为恒定值 I 。 假定 t0,T处于通态， iT=iL=I
7、0， uT=ucr=0， 续流二极管 D截止。 在 t=0时撤除 T的驱动信号 ug，把一个开关周期 Ts中的通、断过程可分为 5个开关状态， 其电压、电流波形如图 6.2.1（ b） （ e） 所示。 1、零电压开关准谐振变换电路、零电压开关准谐振变换电路准谐振变换电路准谐振变换电路6. .1图 6.2.1 以 DC/DC降压变换电路为例的零电压开通准谐振变换电路（ ZVS QRC)1)零电压开关准谐振变换电路零电压开关准谐振变换电路开关状态：开关状态：准谐振变换电路准谐振变换电路(1) t0t1阶段： t=0时， ug=0， it从 I0减小，谐振电容电流 iC从零开始增大， iL=iC+it=I0 不变，负载电流 I0从开关管 T转到 Cr。 由于 iT很快下降为零，而 uCr=uT还很小，故开关管 T软关断，此后 iC=IL=I0恒流充电到 t=t1 时， uCr=uT=Ud。其中：tt1时： uCr=uTUd， 续流二极管 D反偏截止。t=t1时： uCr=uT=Ud， 续流二极管 D无反偏电压而开始导电。
