电力电子技术 谐振软开关技术
第八章电力电子技术软开关技术
根据软开关技术发展历程分为准谐振电路、零开关PWM电路
和零转换PWM电路
Lr
L
准谐振电路
零电压开关准谐振电路
S
Cr
VD
零电流开关准谐振电路
Cr1
Lr
L
零电压开关多谐振电路
用于逆变器的谐振直流环节
S
Cr2
VD
准谐振——电路中电压或电流的波形
为正弦半波
第7页，共27页。
8.2软开关电路的分类
谐振电压峰值高于输入电压2倍，S耐压必须提高，增加了电 路成本，降低了可靠性
第16页，共27页。
8.3典型的软开关电路
2. 谐振直流环
背景及应用
用于变频器 作用在交-直-交变换电路的中间直流环节
，通过引入谐振，使逆变桥中所有开关工 作在零电压开通条件下
电压型逆变器为感性负载，在谐振过 程中逆变电路开关状态不变，负载电 流为常量
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3页，共27页。
8.1软开关的基本概念
1. 硬开关和软开关
硬开关
开关过程中电压、电流均不为零，出现重叠，有显著开关损耗 电压和电流变化快，波形出现明显过冲，产生开关噪声
当硬开关电路工作频率不太高时，开关损耗占总损耗的比例并不大 ，随着开关频率的提高，开关损耗就越来越显著
r
CS3
VDS3
iL
iLr
L
+
VD1
Uo
Lr
Ui
B
R
S2
CS4
VD2
第21页，共27页。
8.3典型的软开关电路
3. 移相全桥型零电压开关PWM电路
电力电子技术课程-软开关
Inverter bridge variations
n
2
1 LC
R 1 L 2 C
Damping condition:
L 4LC 0 R
1
RP S LLK
1 LLK C S
LLK
LLK CS
0.5
吸收电路（Rectifier snubber)
电压钳位(Voltage clamp)
iD
Ii
iDS
iCoss
u gs u gs
u DS , iDS
Ii
irr
t
Vo
Reverse recovery charge Qrr vs.
dI F dt
iD
Ii
t
I RM
Turn-on loss in switch and Fred
t
trr
1 2 Aturn _ on QrrVo I i uDS dt CossVo 2 0
Turn-on switching loss is reduced
零电压开通Zero voltage switch on(ZVS on) Turn on with zero voltage
Overlap time is zero integral of multiplication of uds and ids is 0
Current is leading ZCS switching
io
D1D4
S1 S 4
D2 D3
S 2 S3
D1D4
S1 S 4
(c )
fs fo 处于感性工作状态
io
S1
Vdc
S2
电力电子技术第7章 软开关技术
（1） 零电压开关准谐振电路
ug
VDT
关断过程 开通过程
uT (uCr)
Lr
O
t t t t t0 t1 t2 t3t4t5 t6 t0 t
L
+
T
iT iLr
O uVD
ui
Cr
VD
C
R
uo
-
◆其中开关管T和谐振电容 Cr并联，谐振电感 Lr 与T串联。假设电 路中电感L和电容C值很大。 ◆假设电感L和电容C很大，可以等效为电流源和电压源，并忽略 电路中的损耗。 ◆开关电路的工作过程是按开关周期重复的，在分析时可以选择开 关周期中任意时刻为分析的起点，选择合适的起点，可以使分析得到 简化。
（1） 零电压开关准谐振电路
ug
VDT
关断过程 开通过程
uT (uCr)
Lr
O
t t t t t0 t1 t2 t3t4t5 t6 t0 t
L
+
T
iT iLr
O uVD
ui
Cr
VD
C
R
uo
-
◆工作过程 ☞选择开关关断时刻为分析的起点。 ☞t0~t1时段：t0之前，S导通，VD为断态，uCr=0，iLr=IL，t0时刻T关 断，Cr使T关断后电压上升减缓，因此T的关断损耗减小，T关断后， VD尚未导通；Lr+L向Cr充电，L等效为电流源，uCr线性上升，同时 VD两端电压uVD逐渐下降，直到t1时刻，uVD=0，VD导通。
（1） 零电压开关准谐振电路
ug
VDT
关断过程 开通过程
uT (uCr)
Lr
O
t t t t t0 t1 t2 t3t4t5 t6 t0 t
第7章谐振软开关南余荣[103页]
![第7章谐振软开关南余荣[103页]](https://img.taocdn.com/s3/m/06a4aa877f1922791788e81b.png)
断。 ➢ 与开关并联的电容能延缓开关关断后电压上升的速率，
零电压关断。 ➢ 与开关相串联的电感能延缓开关开通后电流上升的速
率，零电流开通。 ➢ 零电压开通和零电流关断要靠电路中的谐振来实现。
10
电力电子技术
7.1.3 软开关电路的分类
➢ 分成零电压电路和零电 流电路两大类。
第7章 谐振软开关技术
7.1 谐振软开关的基本概念 7.2 准谐振软开关换流器 7.3 零电压开关谐振变换器 7.4 零电压转换PWM电路 7.5 软开关技术新进展 本章小结
1
电力电子技术
第7章 谐振软开关技术
➢ 现代电力电子装置的发展趋势是小型化、轻量化， 同时对装置效率和电磁兼容性也提出了更高要求。
a）零电压开关准谐振电路的基本开关单元 b）零电流开准关电路准谐
12
振电路的基本开关单元 c）零电压开关多谐振电路的基本开关单元
7.1.3 软开关电路的分类
2．零开关PWM电路 ➢ 分：零电压/电流开关PWM电路,基本开关单元如图7-7。 ➢ 辅助开关使谐振仅发生于开关过程前后，优势：电压
和电流基本上是方波，只是上升沿和下降沿较缓，开 关承受的电压明显降低，可采用频率固定的PWM控制。
➢ 每一种都可用于降压型、 升压型等不同电路，图 7-5基本开关单元表示
➢ 根据谐振机理可以将软 开关电路分成准谐振电 路、零开关PWM电路 和零转换PWM电路。
电力电子技术
图 7-5 基本开关单元 a）基本单元 b）降压斩波器中的基本单元 c）升压斩波 器中的基本单元d）升降压斩波器的基本开关单元
电力电子技术
i1
P1 关断
电力电子系统的软开关技术应用
电力电子系统的软开关技术应用电力电子系统是现代电力系统中一种重要的组成部分，在能量转换和电力控制方面发挥着关键的作用。
然而，传统的硬开关技术存在着一些问题，如能量损耗大、温升高、开关速度慢等。
为了克服这些问题，软开关技术应运而生。
本文将介绍电力电子系统中软开关技术的应用。
一、软开关技术概述软开关技术是通过控制电流和电压的相位和频率来实现开关过程的一种技术。
相较于硬开关技术，软开关技术具有以下优点：能量损耗小、温升低、开关速度快、抗干扰能力强等。
软开关技术在电力电子系统中得到了广泛的应用和推广。
二、软开关技术在电力电子系统中的应用1. 可逆变器可逆变器是一种电力电子系统，用于将直流电转换为交流电。
传统的硬开关技术在可逆变器中存在能量损耗大、谐波干扰大的问题。
而软开关技术可以有效解决这些问题，提高可逆变器的性能和效率。
2. 无线电频率功率放大器无线电频率功率放大器是一种用于放大和调节无线电频率信号的设备。
传统的硬开关技术在功率放大器中会产生较大的谐波干扰和电磁干扰。
而软开关技术可以通过精确地控制开关时间和频率，减少谐波干扰，并提高功率放大器的效率。
3. 交流输电系统交流输电系统是通过变压器将电能从发电站输送到用户的系统。
传统的硬开关技术在交流输电系统中存在能量损耗大和电流调节精度低的问题。
软开关技术可以通过控制开关的相位和频率，实现电流和电压的精确调节，提高交流输电系统的效率和稳定性。
4. 电动汽车充电系统电动汽车充电系统是将电能传输到电动汽车中进行充电的系统。
传统的硬开关技术在电动汽车充电系统中存在能量损耗大和充电速度慢的问题。
而软开关技术可以减少能量损耗，并通过提高充电器的开关速度，实现快速充电。
三、软开关技术的发展趋势随着电力电子系统的不断进步和发展，软开关技术也在不断发展和完善。
未来，软开关技术将更加智能化和自动化，能够根据实际情况自行调节开关时间和频率，以提高电力电子系统的性能和效率。
此外，软开关技术还有望应用于更多的领域，如光伏发电系统、风力发电系统等。
电力电子技术第6章.软开关技术
图6-5给出了前三种软开关电路的基本开关单元，谐振直流 环节的电路见图6-10。
图6-5 准谐振电路的基本开关单元
2、零开关PWM电路
零开关PWM变换电路是在准谐振变换电路基础上，增加了 辅助开关而形成的。辅助开关用于控制谐振的开始时刻，使谐 振仅发生于开关过程前后，这样，电路就可以采用恒频控制方 式即PWM控制方式。零开关PWM电路可分为：
图6-6 零开关PWM电路的基本开关单元
3、零转换PWM电路
准谐振变换器的谐振电感和谐振电容一直参与工作；零开关 PWM变换器的谐振元件虽不一直工作，但谐振电感却串在主回 路中，损耗较大。为克服这些缺陷，提出了零转换PWM变换器。 虽这类变换器也采用对谐振时刻进行控制来实现PWM控制，但 与零开关变换器相比具有更突出的优点：
要 实 现 软 开 关 的 PWM 控制，只需控制Lr与Cr的 谐振时刻。其方法是：要 么在适当时刻先短接谐振 电感，在需要谐振的时刻 再断开；要么在适当时刻 先断开谐振电容，在需要 谐振的时刻再接通。由此 得到不同形式的零开关 PWM 电 路 的 基 本 开关 单 元， 如图 6-6 所 示，其 中 S1为辅助开关。
第6章 软开关技术
6.1 软开关的基本概念 1、硬开关及其缺点
变流电路中的电力电子开关不是理想器件。开通时，开关 管的电压不是立即降到零，同时它的电流也不是立即上升到 负载电流，有一个上升时间。在这段时间里，开关元件承受 的电压和流过的电流有一个交叠区，会产生开关损耗，称之 为开通损耗，其波形如图6-1（a）所示。同样，在开关关断 时，开关管的电流也有一个下降过程，电压也有一个上升时 间，电压和电流的交叠产生的开关损耗称之为关断损耗，其 波形如图6-1（b）所示。开关器件在开关过程中产生的开通 损耗和关断损耗，统称为开关损耗。具有这种开关过程的开 关称为硬开关。
第7章谐振软开关
7.1.3 软开关电路的分类
3．零转换PWM电路 ➢ 分为：零电压/电流转换PWM电路，其基本开电关单
元如图7-8所示。 ➢ 区别是谐振电路是与主开关并联的，在很宽的输入电
压范围内并从零负载到满载都能工作在软开关状态。
图7-8 零转换关PWM电路的基本开关单元
14
电力电子技术 a）零电压转换PWM电路的基本开关单元 b）零电流转换PWM电路的基本开关单元
7.1.2 零电压开关和零电流开关
➢ 在20世纪80年代，电力电子软开关技术大部分的研 究集中在谐振变换器的应用上。
➢ 谐振变换器是应用谐振原理，利用开关变换器的谐振 回路（Resonant Tank），使其中的电压（或电流） 按正弦规律变化。
➢ 当电流自然过零时使器件关断ZCS或ZVS，从而减少 开关损耗，提高开关频率，减小磁性元件体积。
UDS=0。 ✓ 由于Us>ucr ， iLr上
升，在iLr小于iL (约
0
Us / Zr
iLr
IO
0
uDS
t0 t1 t2 t3t4 t5t6
TS t0
t t
等于Io )前，uCr=0。
0 uCr
t
Us
✓ 这一时段 iLr的上升 0
b)
t
率为diLr /dt=Us/Lr。
图7-11 Buck型半波零电流准谐振变换器 a）电路 b）电路波形
钳位为0，VDf为通
态，VT为断态。
uG
0
✓ 在t6~t`0时段，iLr =0，
iLr 0
如果在t`0时刻开通 uDS
VT，则iLr从0开始上
0 uCr
升，由于电感Lr的作 用，近似于零电流开
电力电子技术：第七章 谐振软开关技术
典型谐振开关电路
全桥零电压开关PWM电路
工作规律： 1）一个开关周期T内，每个开关元件导通时间略小于T/2，关断时间略
大于T1触发信号ug1超前VT4触发信号ug4(0~T/2)时间；VT2触发信号
ug2超前VT3触发信号ug3(0~T/2)时间。
实现软开关工作；电路无功需求减小，工作效率提高。
典型谐振开关电路
零电压开关准谐振电路
Lr——谐振电感；Cr——谐振电容。
一个工作周期分四个阶段：
阶段①（t0-t1）：VT在零电压下关断，电路以iL=I0向Cr 充电，uC=0↑→=E（t1时刻）。
阶段②（t1-t2）：VD导通，Cr、Lr构成串联谐振（t1-t’1 磁场能量向电场能量转换uc↑，t’1-t2电场能量向 磁场能量转换uC下降）；t”1时刻, uC=E,iL=I0,VD关断；t2时刻，uC正过零→VDr导通→uC=0 （钳到0电位）。
优点：开关损耗、噪声大为降低； 缺点：谐振过程导致电压峰值↑→开关器件耐压要求提高；
谐振电流有效值↑→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
调宽PWM控制，只能采用调频控制→电路设计困难。
谐振软开关的基本概念
谐振软开关电路类型
2、零开关PWM电路
(a)ZVSPWM
零电压PWM
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
控制阶段④时间长短，可实现对输出电压的调频控制。
的耐压值。
典型谐振开关电路
零电流开关准谐振电路
Lr——谐振电感；Cr——谐振电容。 一个工作周期分四个阶段：
阶段①（t0-t1）： IL<I0，负载电流=I0由VD续流；VT 导通，Cr被VD钳位使uC≈0（=VD导通压降），E 全部加在Lr上，iL线性↑至I0（t1）。
什么是电力电子中的软开关技术？
什么是电力电子中的软开关技术？在当今的电力电子领域，软开关技术正扮演着越来越重要的角色。
那么，究竟什么是软开关技术呢？要理解软开关技术，我们首先得从电力电子电路中的开关说起。
在传统的电力电子电路中，开关的开通和关断过程往往不是理想的。
当开关开通时，电流会从零逐渐上升；而当开关关断时，电压会从零逐渐上升。
这种非理想的开关过程会导致开关损耗的产生。
开关损耗主要包括导通损耗和开关过程中的损耗。
导通损耗是由于开关在导通状态下存在一定的电阻，电流通过时会产生功率损耗。
而开关过程中的损耗则更为复杂，在开关开通和关断的瞬间，电压和电流会有重叠的时间段，这期间会产生较大的功率损耗，并且还会引起电磁干扰等问题。
为了降低这些损耗，提高电力电子装置的效率和性能，软开关技术应运而生。
软开关技术的核心思想是让开关在电压或电流为零的时候进行开通或关断，从而减少甚至消除开关过程中的损耗。
具体来说，软开关技术可以分为零电压开关（Zero Voltage Switching，ZVS）和零电流开关（Zero Current Switching，ZCS）两种类型。
零电压开关是指在开关开通前，其两端的电压已经降为零，这样在开通瞬间就不会有电压和电流的重叠，从而大大降低了开通损耗。
实现零电压开关的常见方法是在开关两端并联一个电容，利用电路中的电感和电容的谐振，使得开关两端的电压在开通前降为零。
零电流开关则是在开关关断前，通过电路的设计让流过开关的电流先降为零，从而避免了关断时电压和电流的重叠，降低了关断损耗。
通常通过在开关支路串联电感来实现零电流关断。
软开关技术的实现需要依靠合理的电路拓扑结构和控制策略。
常见的软开关电路有准谐振电路、零开关 PWM 电路和零转换 PWM 电路等。
准谐振电路是最早出现的软开关电路之一，它利用电感和电容的谐振来实现软开关，但存在着电压和电流应力大、工作频率不固定等缺点。
零开关 PWM 电路在准谐振电路的基础上进行了改进，通过引入辅助开关，实现了恒定频率的控制，同时降低了电压和电流应力。
现代电力电子技术中的软开关技术
现代电力电子技术中的软开关技术摘要：论述了现代电力电子技术的软开关技术及其新发展，论述了由无损耗缓冲技术和谐振技术组合而成的软开关技术。
关键词：软开关谐振现象变换器一、引言电力电子技术利用无源功率器件和半导体功率器件、大规模集成电路和微处理器、传感与信息处理技术、现代控制理论、计算机仿真与辅助设计技术，以功率变化电路为对象，研究对电能进行变换和控制的规律，以其独特的、不可取代的特殊功能，广泛应用于国民经济的各个领域。
开关电源的高频化是实现电源装置的高性能、高效率、高可靠性，减小体积和重量的重要途径。
开关电源的高频化增大了变换器的功率密度和性能价格比，而且极大地提高了瞬时响应速度，抑制了电源所产生的音频噪声。
软开关（softswitching）技术是近年来电力电子学领域中的一个主要研究方向。
对软开关理论的深入研究，使软开关技术成为电力电子变换技术的核心内容尤其是能有效地减小电能变换装置引起的环境污染（噪声等）和电磁污染（emi），为发展无公害电力电子产品提供了有效的方法和途径。
二、谐振软开关的工作原理，种类及特点谐振软开关是八十年代提出并用于dc-dc变换器中[2]。
它利用电路发生谐振时，电流或电压形成周期性地过零点，并使开关器件在在零电流或零电压条件下接通或切断，因此理论上它的开关损耗为零，避免了硬开关由于电压电流波形交叠而产生开通及关断损耗。
软开关包括软关断和软开通。
按驱动信号的时序来分又可以分为零电压开通、零电压关断与零电流开通、零电流关断。
各种软开关与硬开关的波形比较如下：图1 软开关和硬开关的波形比较图中零电流关断信号在t2或t2以后发出，零电压关断信号在t1发出。
零电流开通信号在t2或t2以后发出，零电压开通信号在t1发出。
谐振软开关电路中的零电流和零电压条件是由辅助的谐振电路提供的，辅助电路一般由辅助谐振元件l和c和电力电子开关器件s构成。
辅助谐振电路中的开关器件s也是在零电流或零电压条件下实现通断。
电力电子技术高职高专第四版第6章 软开关技术
6.2.1 准谐振变换电路
1、零电压开关准谐振变换电路开关状态：
在t3 ~ t4期间，二极管D1导电使、 uT =0， iT =0 ，这时给 T施加驱动信 号，就可以使开关管 T 在零电压下开 通。 为了使 T在零电压下可靠开通，必 须选择谐振电路的参数使之满足下列 关系式：
图6.2.2 零电流关断准谐 振 DC/DC降压变换电路的 工作原理
6.2.1 准谐振变换电路
2、零电流开关准谐振变换电路 开关状态：
3） t2≤t≤t3阶段： 在此期间由于Lr、Cr谐振，iL为负值，二 极管D1导电，uT=0，若此时撤除驱动信号 ug， T可以在零电流下关断，无关断损耗。 t=t3时，ucr<ud，二极管D1截止，iT=iL=0， uT=Ud-ucr。 使T在零电流下关断的谐振电路参数关系 式：
图6.2.1 以DC/DC降压变换电路为例 的零电压开通准谐 振 变换电路的工作原理
6.2.1 准谐振变换电路
2、零电流开关准谐振变换电路
1） Cf足够大，在一个开关周期Ts中输 出负载电流IO和输出电压UO都恒定不变。 如果滤波电感Lf足够大，则Ts中If = I０恒 定不变。 2）假定t<0时，ug=0,T处于断态，D续流。 iT=iL=0， ID=If = I０ ， uT=Ud ， ucr=0， 续流二极管D截止， 3) 在t=0时T施加的驱动信号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6.2.2 （b）~（e）所示。
6.2.1 准谐振变换电路
5、零电压多谐振开关电路开关状态：
从t=t0时刻开始，把一个开关周期Ts中的通、断过程分 为4个开关状态： １）t0≤t≤t1阶段 ２）t1≤t≤t2阶段 ３）t2≤t≤t3阶段 ４）t3≤t≤t4阶段
电力电子软开关技术综述
电力电子软开关技术综述摘要：电力电子软开关技术是一种应用于电力电子系统的关键技术，具有提高系统性能、降低开关损、增强系统可靠性的优点。
本文对电力电子软开关技术的应用现状和发展趋势进行了综述，探讨了不同软开关技术的优缺点，并提出了未来的研究方向。
引言：电力电子软开关技术是一种新型的电力电子变换技术，旨在减少开关器件的开关损，提高系统效率，同时降低系统噪声和电磁干扰。
随着电力电子技术的不断发展，软开关技术已成为研究热点之一。
本文旨在对电力电子软开关技术的应用现状和发展趋势进行综述，以推动该技术的进一步发展。
电力电子软开关技术的基本概念是利用电容或电感等储能元件实现开关器件的软化。
通过合理控制开关器件的导通和关断时间，以及储能元件的充放电过程，可以实现开关器件在导通和关断过程中的损耗最小化。
电力电子软开关技术的实现方法主要包括谐振变换、准谐振变换、多脉冲变换等。
虽然软开关技术具有降低开关损、提高效率等优点，但也会导致系统复杂度增加、成本提高等问题。
电力电子软开关技术在电力系统中的应用主要包括电力电子变换器、直流输电、柔性交流输电等方面。
其中，电力电子变换器是最为广泛的应用之一，可以用于电源、负载、储能等设备的控制和调节。
在控制策略方面，软开关技术可以用于改善系统的性能和稳定性，例如在PWM控制中引入软开关技术可以降低系统的谐波含量。
在设备制造方面，软开关技术也被广泛应用于各种电力电子设备中，例如开关电源、不间断电源等。
随着电力电子技术的不断发展，电力电子软开关技术的未来发展趋势主要包括以下几个方面：新型电力电子软开关技术的研发：随着技术的不断进步，将会有更多新型的电力电子软开关技术出现，例如更为高效的软开关技术、新型的谐振变换技术等。
这些新型的软开关技术将会在更广泛的领域得到应用，例如新能源、智能电网等领域。
集成化和模块化：未来电力电子软开关技术将更加注重集成化和模块化，通过将多个器件和电路集成在一起，实现更高效、更可靠、更小型化的电力电子系统。
第七章 谐振软开关技术
第七章谐振软开关技术随着电力电子器件的高频化，电力电子装置的小型化和高功率密度化成为可能。
然而如果不改变开关方式，单纯地提高开关频率会使器件开关损耗增大、效率下降、发热严重、电磁干扰增大、出现电磁兼容性问题。
80年代迅速发展起来的谐振软开关技术改变了器件的开关方式，使开关损耗可原理上下降为零、开关频率提高可不受限制，故是降低器件开关损耗和提高开关频率的有效办法。
本章首先从PWM电路开关过程中的损耗分析开始，建立谐振软开关的概念；再从软开关技术发展的历程来区别不同的软开关电路，最后选择零电压开关准谐振电路、零电流开关准谐振电路、零电压开关PWM电路、零电压转换PWM电路和谐振直流环电路进行运行原理的仔细分析，以求建立功率器件新型开关方式的概念。
7.1 谐振软开关的基本概念7.1.1 开关过程器件损耗及硬、软开关方式无论是DC—DC变换或是DC—AC变换，电路多按脉宽调制（PWM）方式工作，器件处于重复不断的开通、关断过程。
由于器件上的电压、电流会在开关过程中同时存在，因而会出现开关功率损耗。
以图7-1（a）Buck变换电路为例，设开关器件VT为理想器件，关断时无漏电流，导通时无管压降，因此稳定通或断时应无损耗。
图7-1（b）为开关过程中VT上的电压、电流及损耗的波形，设负载电流恒定。
图7-1 Buck变换电路开关过程波形当VT关断时，负载电流改由续流二极管VD提供。
若再次触发导通VT，电流从VD向VT转移（换流），故期间上升但，直至才下降为零。
这样就产生了开通损耗。
当停止导通VT时，从零开始上升，在期间维持，直至，才减小为零，这样就产生了关断损耗。
若设器件开关过程中电压、电流线性变化，则有（7-1）图7-2 器件开关轨迹其中为开关频率。
这个开关过程伴随着电压、电流剧烈变化，会产生很大的开关损耗。
例如若，，则开关过程的瞬时功率可达，平均损耗为100W，十分可观。
这种开关方式称为硬开关。
器件开关过程的开关轨迹如图7-2所示，SOA为器件的安全工作区，A为硬开关方式的开关轨迹。
电力电子技术软开关技术课件
电力电子技术软开关技术课件
7.2 软开关电路的分类
2）零开关PWM电路
引入了辅助开关来控制谐振的开始时 刻，使谐振仅发生于开关过程前后。
零开关PWM电路可以分为：
• 零电压开关PWM电路（Zero-VoltageSwitching PWM Converter—ZVS PWM）
• 零电流开关PWM电路（Zero-CurrentSwitching PWM Converter—ZCS PWM）
b）软开关的关断过程
图7－2 软开关的开关过程
电力电子技术软开关技术课件
7.1.2 零电压开关和零电流开关
• 零电压开通
– 开关开通前其两端电压为零——开通时不会产生损耗和噪声。
• 零电流关断
– 开关关断前其电流为零——关断时不会产生损耗和噪声。
• 零电压关断
– 与开关并联的电容能延缓开关关断后电压上升的速率，从而 降低关断损耗。
uLr
O
t
时处于通态，每个开关关
iLr
断到另一个开关开通都要
O
t
经过一定的死区时间。
uT1
O
t
uR
O
iL
t
O
t
iVD1
O iVD2
t
图 7-14 移相全桥零电压开电关力P电W子M技电术路软开关技术课图件O 7-1t58t9移t0 相t1全t2 t3t桥4 t5 电t路6 t7 t的8t9 t理0 想化波t 形
电路中的整流或逆变环节工 作在软开关的条件下。
图 7-11 谐振直流环电路原理图
• 由于电压型逆变器的负载通 常为感性，而且在谐振过程 中逆变电路的开关状态是不 变的，因此分析时可将电路 等效。
第7章 谐振软开关技术PPT课件
+
R Uo
-
(a) 半波模式
(b) 全波模式
若有源开关只允许电流单向流通，则零电流开关工作于“半 波模式”；若有源开关允许电流双向流通，则零电流开关工 作于“全波模式”。
开关管由V于T 有导谐通振，的从作而用实，现当开谐关振管电零感电L流r 开中通通；过的电流为零时，
V T 导通后，谐振电感和谐振电容发生谐振，当 L r 中的电流为零时，
(2)[ t1 , t 2 ] 阶段（谐振阶段）
iLr(t)IoU Zri sinr(tt1)
u C r(t) U i[ 1 c o sr(t t1 )]
(3)[ t 2 , t 3 ] 阶段（电容放电）
对于半波模式，t t 2 之后，使开关V T 关断，即在零电流下关断
对于全波模式，在 t t 2 之后，i L r 反向流动，V D s 导通，电容 C r 经 D s 、L r 向电源回馈电流
VDs
+ uT -
iT VT
ic
Cr
- + uCr
Lr
Lf
iLr
+
VD uD Cf
iD -
+
R Uo
-
而实现开关管的零电
压开通；开关管导通后，在任意时刻其两端电压可近似为零，
此时关断可实现开关管的零电压关断。
2. 工作过程分析
假设电感和电容很大，可以等效为电流源和电压源，并忽 略电路中的损耗。
ic Cr
3、零转换PWM变换电路 4、直流环节谐振型逆变电（RDCLI）
t
t Poff
t
7.2 准谐振与多谐振变换电路
7.2.1 零电流开关准谐振变换电路（ZCS QRC）
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谐振软开关技术
7.1 谐振软开关的基本概念 7.2 典型谐振开关电路
谐振软开关的基本概念
开关过程器件损耗及硬、软开关方式
电路开关损耗 谐振软开关：谐振过零实现开通、关断。
谐振软开关的基本概念
零电压开关与零电流开关
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；
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、关断电压变大等负面影响。
典型谐振开关电路
谐振直流环
谐振直流出现电压过零，提供软开关的条 件
Lr——谐振电感；
Cr——谐振电容；
缺点：开关谐振电压峰值高于电源电压，器 件耐压要求高。
典型谐振开关电路
全桥零电压开关PWM电路
工作规律：
1）一个开关周期T内，每个开关元件导通时间略小于T/2，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； 3）VT1触发信号ug1超前VT4触发信号ug4(0~T/2)时间；VT2触发信号 ug2超前VT3触发信号ug3(0~T/2)时间；
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 要有很高的耐压值。
典型谐振开关电路
零电流开关准谐振电路
Lr——谐振电感；Cr——谐振电容。 一个工作周期分四个阶段： 阶段①（t0-t1）： iL<I0，负载电流=I0由VD续 流；VT导通，Cr被VD钳位使uc=0 ，E全 部加在Lr上，iL线性↑至I0（t1）。 阶段②（t1-t2）：t1后iL>I0，Cr充电 uc↑； t’1时刻iL上升至峰值，uc=E；t”1时刻iL 下降至I0，uc=2E；t2时刻iL下降至0，因 VT为单向开关，iL不能过零反振为负，故 此时VT满足零电流条件，取消触发信号后 即可实现零电流关断（VD反偏截止）。
典型谐振开关电路
零电压开关准谐振电路
Lr——谐振电感；Cr——谐振电容。 一个工作周期分四个阶段： 阶段①（t0-t1）：VT在零电压下关断，电路 以iL=I0向Cr充电，uc=0↑→E。 阶段②（t1-t2）：VD导通，Cr、Lr构成串联 谐振（t1-t’1 磁场能量向电场能量转换 uc↑，t’1-t2电场能量向磁场能量转换 uc下降）；t”1时刻,uc=E,iL=-I0；t2 时刻，uc=0，VDr导通，uc钳位于0。 阶段③（t2-t3）：t2-t’2期间，VT预触发；t’2 时刻后，iL正过零VDr关断，VT在零 电压、零电流下导通，iL↑，并在t3时刻 到达I0。 阶段④（t3-t4）：VT导通，负载电流全部由 E提供；VD关断，uc=0为下次关断VT做 好准备。
阶段③（t2-t3）：t2后VT关断，Cr由负载电流 I0反向充电，uc线性下降；t3时刻，uc下 降至0，VD无反偏开始导通为负载续流。 阶段④（t3-t4）：负载电流由VD续流，uc=0为 开通VT、进入下一共做周期做好准备。
缺点：VT上电流iL的峰值显著 大于负载电流I0，因此通态损 耗较大。
谐振软开关的基本概念
谐振软开关电路类型
2、零开关PWM电路
(a)ZVSPWM;
(b)ZCSPWM;
器件承受电压低，可以采用定频的PWM控制方式；
谐振软开关的基本概念
谐振软开关电路ZVTPWM;
(b)ZCTPWM;
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；
谐振软开关的基本概念
谐振软开关电路类型
1、准谐振电路
(a)ZVSQRC;
(b)ZCSQRC;
(c)ZVSMRC
优点：开关损耗、噪声大为降低； 缺点：谐振过程导致电压峰值↑→开关器件耐压要求提高； 谐振电流有效值↑→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PWM控制，只能采用调频控制→电路设计困难。
典型谐振开关电路
全桥零电压开关PWM电路
电路主要波形：
T1—t2阶段等效电路
T3—t4阶段等效电路
典型谐振开关电路
零电压转换PWM电路
电路原理： (升压型) 电路主要波形：
T1—t2阶段等效电路