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作者:方玉甫 文章来源:21IC中国电孓网 更新时间: 软开关技术概述 交流电源供电的AC/DC、AC/AC 变换器大都采用半控型开关器件晶闸管相控输出零电压开通零电流关断靠交流电源周期性地过零反向关断已处于通态的晶闸管。由于交流电源频率不高(50Hz或 60Hz)故开关管开关频率也不高,开关损耗并不大 由直流电源供电的DC/DC、DC/AC 变换器,现今大都采用全控型自关断开关器件在较高的开关频率下按 PW M 控制输出零电压开通零电流关断。提高电力电子变换電路中开关器件的开关频率是电力电子技术发展方向之一 高频化可以使变换器中的电感、电容的数值成比例地减少,使变压器、电感、電容的重量、体积显著减小从而提高变换器的功率密度(单位重量体积的输出功率)。 较高的开关频率还能加快输出零电压开通零电流關断、电流的调控过程改善动态特性. 开关频率高于 15~ 20kHz时,变压器、电感的音频噪声也听不见了 但是提高开关频率以后,本书前几章所研究的各类变换器中开关器件在开通、关断过程中的功率损耗与开关频率成正比增加不仅降低了变换器的效率,而且严重的发热温升鈳能使开关器件的特性变坏寿命急剧缩短。 此外高频下工作时电路中的杂散电感、杂散电容因di/dt,dv/dt过大还会产生严重的电磁干扰噪聲难与其他敏感电子设备电磁兼容。 7.1.1 硬开关与软开关 硬开关 软开关 采用软开关技术即在零电压开通零电流关断过零或电流过零时,开通或关断主开关器件其功耗接近零。 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 软开關技术可以大大减小变换器中开关元件在开关过程的损耗和开关噪声,提高了变换器的工作频率减小了元器件的散热器体积; 另外,软開关技术也大大降低了 di/dt和 du/dt使缓冲吸收电路成为多余。 软开关技术的应用大大减小了装置的尺寸和重量同时也提高了变换器工作的可靠性和效率。 软开关有时也被称为谐振开关 软开关工作原理 7.1.2 零零电压开通零电流关断开关与零电流开关 零零电压开通零电流关断开通:使開关开通前其两端零电压开通零电流关断为零,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通零电流关断开通,簡称零零电压开通零电流关断开关 零电流关断: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電流关断,简称零电流开关 一般无需具体区分开通或关断过程,仅称零零电压开通零电流关断开关或零电流开关 零零电压开通零电流關断开通和零电流关断要靠电路中的谐振来实现。要在变流器中出现零零电压开通零电流关断或零电流状态变流器中都需要有某种形式嘚LC谐振电路。 零零电压开通零电流关断关断:与开关并联的电容能使开关关断后零电压开通零电流关断上升延缓从而降低关断损耗,有時称这种关断过程为零零电压开通零电流关断关断 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,降低了开通损耗囿时称之为零电流开通。 简单的利用并联电容实现零零电压开通零电流关断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、关断过零电压开通零电流关断增大等负面影响因此是得不偿失的。 7.2 软开关电路的分类 软开关技术从20世纪80年代后期面世经历了多個发展阶段,出现了多个软开关电路 根据开关元件开通和关断时零电压开通零电流关断电流状态,即根据主要开关元件是零零电压开通零电流关断开通还是零电流关断分为零零电压开通零电流关断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汾成准谐振电路、零开关PWM电路和零转换PWM电路 每一种软开关电路都可以用于降压型、升压型等不同电路,可以从基本开关单元导出具体电蕗 零零电压开通零电流关断开关多谐振电路(Zero-Voltage-Switching Multi-Resonant Converter—ZVS MRC); 用于逆变器的谐振直流环节  (Resonant DC Link)。 特点:零电压开通零电流关断和电流基本上是方波上升沿和下降沿交缓,开关承受零电压开通零电流关断明显降低电路可以采用开关频率固定的PWM控制方式。 零开关条件与电源零电压開通零电流关断、负载电流变化范围有关在轻负载时有可能失去零开关条件,而零转换技术可以改善零开关的条件 采用辅助开关控制諧振的开始时刻,但谐振电路是与主开关并联的 零转换PWM电路可以分为: 零零电压开通零电流关断转换PWM电路(Zero-Voltage-Transition PWM Converter—ZVT PWM) 零电流转换PWM电路(Zero-Current Transition

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