大工20秋《电力电子技术》复习资料十五
电力电子技术辅导资料十五主 题：第六章软开关技术（第1-2节）学习时间：2020年7月6日--7月12日
“不忘初心、牢记使命”主题理论学习：
群众路线是我们党的生命线和根本工作路线，是我们党永葆青春活力和战斗力的重要传家宝。不论过去、现在和将来，我们都要坚持一切为了群众，一切依靠群众，从群众中来，到群众中去，把党的正确主张变为群众的自觉行动，把群众路线贯彻到治国理政全部活动之中。
摘选自《坚持和运用好毛泽东主席思想活的灵魂》《习近平谈治国理政》
内 容：一、本周知识点及重难点分布
表15-1 本周知识点要求掌握程度一览表
序号
学习知识点
要求掌握程度
本周难点
了解
熟悉理解
掌握
1
软开关的基本概念
★
2
基本软开关电路
★
二、知识点详解
【知识点1】软开关的基本概念
电力电子器件损耗：
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器件开关频率较高时，开关损耗可能成为器件功率损耗的主要因素。
现代电力电子装置的发展趋势：对效率和电磁兼容性要求更高；小型化、轻量化——高频化。
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。
硬开关：开关过程中电压和电流均不为零，重叠。电压、电流变化很快，波形出现明显过冲，导致开关噪声。
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（a）导通过程 （b）关断过程
图15-1 硬开关导通和关断过程中的电压和电流波形
软开关：在原电路中增加小电感、电容等，在开关过程前后引入谐振，消除重叠。降低开关损耗和开关噪声。
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（a）导通过程 （b）关断过程
图15-2 理想的软开关导通和关断过程中的电压和电流波形
分类：①零电压开通：当开关开通时，使电压先下降到零后，电流再缓慢上升到通态值
②零电流关断：开关关断时，使电流先下降到零后，电压再缓慢上升通态值 【知识点2】基本软开关电路
软开关技术总的来说可以分为零电压和零电流两类；按照其出现的先后，可以分为：准谐振——零电压开关准谐振电路、零开关PWM——零电压开关PWM电路、零转换PWM——零电压转换PWM电路。
1、准谐振电路--最早出现的软开关电路
利用准谐振现象，使电子开关器件上的电压或电流按正弦规律变化，从而创造零电压或零电流的条件。
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（a）零电压开关 （b）零电流开关
图15-3 准谐振电路的基本开关单元
零电压开关准谐振电路：
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（a）电路图 （b）理想工作波形
图15-4 零电压开关准谐振电路的电路图及理想工作波形
（1）电容充电过程（t0 ~t1）：T < t0，续流二极管VD为断态，iS = iL = iLr ，uS = uCr =0 ，Cr使S关断后的电压上升减缓，关断损耗减小；Lr和L共同向Cr充电；uVD = 0，VD导通。
（2）谐振过程（t1~t4）：L通过VD续流，Lr、 Cr和Ui形成谐振回路，Lr和Cr依次充电放电。
（3）电感充电阶段（t4~ t5）：开关S两端电压为零，必须在这一时段使S开通，实现零电压开通，不会产生开通损耗。
（4）恒流阶段（t5~ t6）：iLr线性上升，到t6时刻，iLr= iL，VD关断。
“准”：谐振元件参与能量变换的某一个阶段，而不是全程参与。
缺点：①谐振电压峰值高，对开关器件耐压的要求。
②谐振电流有效值大，存在无功功率交换，电路导通损耗加大。
2、零开关PWM电路
基本思想：常规PWM电路引入谐振电路
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（a）零电压开关 （b）零电流开关
图15-5 零开关PWM电路的两种基本开关单元
特点：
①可以控制谐振的开始时刻（辅助开关S1），使谐振仅发生于开关过程前后。
②谐振过程很短，一般为开关周期的1/10~1/5，基本不影响PWM技术的实现。
移相全桥型零电压开关PWM电路：应用最广泛的软开关电路之一
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（a）电路图 （b）理想工作波形
图15-6 移相全桥电路的电路图和理想工作波形
控制方式特点：
①在开关周期内，每个开关导通时间略小于TS/2，关断时间都大于TS/2；
②同一半桥两个开关不同时处于通态，开关关断到另一个开关开通要经过一定死区时间。
工作过程：
（1）t0 ~ t1期间：S1、S4通态，t1时刻，S1关断。
（2）t1~t2期间：CS1、CS2与L、Lr构成谐振回路，进入谐振状态。A点电压下降直至为零。
（3）t2~ t3期间：S2开通时电压为零，开通过程中不会产生开关损耗，S2开通后，电路状态不会改变，继续保持到t3时刻S4关断。
（4）t3~ t4期间：VD1和VD2导通，CS3、CS4与Lr构成谐振回路。iLr不断减小，B点电压不断上升，在t4时刻S3开通。S3在零电压的条件下开通，开通损耗为零。
（5）t4~ t5期间：iLr反向增大，VD1电流下降到零而关断，IL全部转移到VD2中。
（6）t5~ t0期间：电路的工作过程与 t0~ t5期间完全对称。
特点：电压和电流基本上是方波，上升沿和下降沿较缓，开关承受的电压明显降低；电路可以采用开关频率固定的PWM控制方式。
3、零转换PWM电路--软开关与PWM的结合
与零开关PWM电路不同：谐振电路与主开关相并联。
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（a）零电压转换 （b）零电流转换
图15-7 零转换PWM电路的基本开关单元
升压型零电压转换PWM电路：
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图15-8 升压型零电压转换PWM电路的电路图
电路特点：S1超前于S开通，S开通后S1关断，主要谐振过程集中在S开通前后.
应用：功率因数校正电路（PFC）、DC-DC变换器。
工作过程：
（1）t0 ~ t1期间：辅助开关先于主开关开通，VD通，iLr增长，VD电流下降，t1时刻，iLr=IL，VD中电流下降到零，自然关断。
（2）t1~t2期间：Cr与Lr构成谐振回路。Lr电流增加，Cr电压下降，t2时刻电uCr =0，VDS导通，uCr 被箝位于零，电流iLr 保持不变。
（3）t2~ t3期间：uCr 被箝位于零，iLr 保持不变，直至t3时刻S导通S1关断。
（4）t3~ t4期间：t3时刻S开通，电压为零，没有开关损耗。S1关断，Lr电流下降，S电流上升。t4时刻，iLr=0，VD1关断，iS=IL，电路正常导通状态。
（5）t4~ t5期间：t5时刻S关断，由于Cr的存在，S关断时的电压上升率受到限制，降低了S的关断损耗。三、重要理论
1、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。（知识点1）
2、硬开关：开关过程中电压和电流均不为零，重叠。电压、电流变化很快，波形出现明显过冲，导致开关噪声。（知识点1）
3、软开关：在原电路中增加小电感、电容等，在开关过程前后引入谐振，消除重叠。降低开关损耗和开关噪声。（知识点1）
4、软开关电路分类（知识点1）
①零电压开通：当开关开通时，使电压先下降到零后，电流再缓慢上升到通态值
②零电流关断：开关关断时，使电流先下降到零后，电压再缓慢上升通态值
5、软开关技术分类（知识点2）
软开关技术总的来说可以分为零电压和零电流两类；按照其出现的先后，可以分为：准谐振——零电压开关准谐振电路、零开关PWM——零电压开关PWM电路、零转换PWM——零电压转换PWM电路。
6、零电压开关准谐振电路缺点（知识点2）
①谐振电压峰值高，对开关器件耐压的要求。
②谐振电流有效值大，存在无功功率交换，电路导通损耗加大。
7、零开关PWM电路特点（知识点2）
①可以控制谐振的开始时刻（辅助开关S1），使谐振仅发生于开关过程前后。
②谐振过程很短，一般为开关周期的1/10~1/5，基本不影响PWM技术的实现。
8、移相全桥型零电压开关PWM电路控制方式特点（知识点2）
①在开关周期内，每个开关导通时间略小于TS/2，关断时间都大于TS/2；
②同一半桥两个开关不同时处于通态，开关关断到另一个开关开通要经过一定死区时间。
9、升压型零电压转换PWM电路电路特点（知识点2）
S1超前于S开通，S开通后S1关断，主要谐振过程集中在S开通前后.四、课后习题
习题15.1 单项选择题：零电压开关准谐振电路具有（ ）的缺点。
A．电路成本高，可靠性低 B．电路成本高，可靠性高
C．电路成本低，可靠性高 D．电路成本低，可靠性低
习题15.2 填空题：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 和 两大类。习题15.1-15.2答案：A；零电压电路，零电流电路奥鹏作业答案可以联系QQ 761296021
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