电力电子讲义chapter7课件.ppt

1、Power ElectronicsChapter 7 Soft-Switching TechniquesBenefitsBetter waveform PWM waveform will be closer to expected waveform Harmonics is easier to be filteredFaster responseSmaller volume and weight 4.44fNf =4.44fNAB LCf21=现代电力电子装置的发展趋势发展趋势小型化、轻量化、对效率和电磁兼容性也有更高的要求。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、

2、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。tuiuituiuitptpOOOOa)Turning-onb)Turning-off开关过程中电压和电流均不为零，出现了重叠。电压、电流变化很快，波形出现明显的过冲，导致开关噪声。t0a）硬开关的开通过程b）硬开关的关断过程图71 硬开关的开关过程uiP0uituuiiP00a)Turning-onb)Turning-offtuiuituiuitptpOOOO在原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，消除电压、电流的重叠。降低开关损耗和开关噪声。uiP0uitt0uiP0uitt0

3、a）软开关的开通过程b）软开关的关断过程图72 软开关的开关过程通常不指出是开通或是关断，仅称通常不指出是开通或是关断，仅称零电压开关零电压开关和和零零电流开关电流开关。靠电路中的谐振来实现。靠电路中的谐振来实现。VDSLa)LSVDLSVDc)d)VDSLb)图73基本开关单元的概念a）基本开关单元b）降压斩波器中的基本开关单元c）升压斩波器中的基本开关单元d）升降压斩波器中的基本开关单元SVDLrLCrSVDLrLCr1Cr2SLrCrVDLa)ZVS QRCb)ZCS QRCc)ZVS MRCBasic switching cells for QRC可分为：用于逆变器的谐振直流环节电路图

4、图7-4 7-4 准谐振电路的基本开关单元准谐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零电压开关多谐振电路b)零电流开关准谐振电路的基本开关单元零电流开关准谐振电路 a)零电压开关准谐振电路的基本开关单元零电压开关准谐振电路SLrCrVDLS1SVDLrLCrS1a)b)Basic switching cells for a)ZVS PWM and b)ZCS PWM 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：特点：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。电路不采用开关频率固定

5、的PWM控制方式。b)零电流开关PWM电路的基本开关单元图图75 零开关零开关PWM电路电路的基本开关单元的基本开关单元零电流开关PWM电路a)零电压开关PWM电路的基本开关单元零电压开关PWM电路SLrVDLS1CrVD1LrCrS1SVDVD1La)b)Basic switching cells for a)ZVT PWM and b)ZCT PWM 3）零转换PWM电路 采用辅助开关控制谐振的开始时刻，但谐振电路是与主开关并联的。零转换PWM电路可以分为：特点：特点：电路在很宽的输入电压范围内和从零负载到满载都能工作在软开关状态。电路中无功功率的交换被削减到最小，这使得电路效率有了进一步

6、提高。b）零电流转换PWM电路的基本开关单元图图7 76 6 零转换零转换PWMPWM电路电路的基本开关单元的基本开关单元零电流转换PWM电路a）零电压转换PWM电路的基本开关单元零电压转换PWM电路UiCrSVDSLrVDLCARSuS(uCr)iSiLruVDt0t1t2t3t4t6t0tttttt5OOOOOCrUi+uCrILACrUi+uCriLrrrddCItuLC=2）工作原理t0t1时段的等效电路SS(uCr)iSiLruVDt0t1t2t3t4t6t0tttttt5OOOOO图7-8零电压开关准谐振电路的理想波形图7-7 零电压开关准谐振电路原理图ut1t2时段的等效电路uS

7、S(uCr)iSiLruVDt0t1t2t3t4t6t0tttttt5OOOOO图7-8零电压开关准谐振电路的理想波形图7-7 零电压开关准谐振电路原理图缺点缺点：谐振电压峰值将高于输入电压Ui的2倍，增加了对开关器件耐压的要求。SS(uCr)iSiLruVDt0t1t2t3t4t6t0tttttt5OOOOO图7-8零电压开关准谐振电路的理想波形uLrUiSCrVDSLrUiSCrVDSLiLr+uCrILRt0t1t2t3t4t0iLruCrUiILttOO1）电路结构图图 7-11 7-11 谐振直流环电路原理图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

8、路的开关状态是不变的，因此分析时可将电路等效。图图 7-12 谐振直流环电路的等效电路谐振直流环电路的等效电路 利用辅助开关利用辅助开关S和和Lr，Cr就可以使逆变桥中所有的开关工就可以使逆变桥中所有的开关工作再零电压开通的条件下。作再零电压开通的条件下。t0t1t2t3t4t0iLruCrUinILttOO图图 7-13 谐振直流环电路的理想化波形谐振直流环电路的理想化波形 图图 7-12 谐振直流环电路的等效电路谐振直流环电路的等效电路 t 0t1时段：t0时刻之前，开关S处于通态，iLrIL。t0时刻S关断，电路中发生谐振。iLr对Cr充电，t1时刻，uCr=Ui。t1t2时段：t1时刻

9、，谐振电流iLr达到峰值。t1时刻以后，iLr继续向Cr充电，直到t2时刻iLr=IL，uCr达到谐振峰值。2）工作原理t0t1t2t3t4t0iLruCrUinILttOO图 7-13 谐振直流环电路的理想化波形 图 7-12 谐振直流环电路的等效电路 电压谐振峰值很高，增加了对开关器件耐压耐压的要求。S1S2S3S4CS1CS4CS2CS3VD2VD1LrLABUiuRCR+-S1S3S4S2uABuLriLruT1uRiVD1iVD2iLt0t1t2t3t4t5t6t7t8t9t0t9t8ttttttttttttOOOOOOOOOOOOiL riLkT:1CS1S4LrLVD1UiUo+CS2VDS2ARiLriLCS3S2LrLVD1UiUo+CS4VDS3VD2BRLSCrS1LrVD1VDCUi+UoILiLriVDVDSREquivalent circuit during t1 t2SS1uSiLriS1uS1iDiSILt0t1t2t3t4t5ttttttttOOOOOOOOLS1LriLrUiILCrVDS