第7章软开关技术

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。

第7章软开关技术主要内容：软开关技术的分类，各种软开关电路的原理及应用。

电力电子装置高频化优点：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。

缺点：开关损耗增加，电磁干扰增大。

软开关技术的作用：降低开关损耗和开关噪声；进一步提高开关频率。

1 软开关的基本概念（1）硬开关与软开关硬开关：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。

软开关：在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，使开关条件得以改善。

降低开关损耗和开关噪声，软开关有时也被称为谐振开关。

工作原理：软开关电路中S关断后Lr与Cr间发生谐振，电路中电压和电流的波形类似于正弦半波。

谐振减缓了开关过程中电压、电流的变化，而且使S两端的电压在其开通前就降为零。

（2）零电压开关与零电流开关软开关分类：零电压开关：使开关开通前其两端电压为零，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电压开通，简称零电压开关。

零电流开关：使开关关断前其电流为零，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电流关断，简称零电流开关。

图7-1 零电压开关准谐振电路及波形a）电路图 b）理想化波形图7-2 硬开关电路及波形a）电路图 b）理想化波形零电压开通和零电流关断要靠电路中的谐振来实现。

零电压关断：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，有时称这种关断过程为零电压关断。

零电流开通：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，有时称之为零电流开通。

简单的利用并联电容实现零电压关断和利用串联电感实现零电流开通一般会给电路造成总损耗增加、关断过电压增大等负面影响，因此是得不偿失的。

2 软开关电路的分类根据开关元件开通和关断时电压电流状态，分为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谐振电路、零开关PWM电路和零转换PWM电路。

个人收集整理 仅供参考学习(7-1)1 / 10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。

文档收集自网络，仅用于个人学习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。

文档收集自网络，仅用于个人学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L 恒当VT 关断时，负载电流-一改由续流二极管 VD 提供。

若再次触发导通 VT ，电流从VD，直至J' -.1' 才下降为零。

这样就产向VT 转移（换流），故-工期间「上升但- J'-- 生了开通损耗 儿：。

当停止导通 VT 时，"从零开始上升，在 U T = E *图7-1 Buck 变换电路开关过程波形，「才减小为零，这样就产生了关断损耗■八r。