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广义软开关技术

发布时间:2008/10/7 0:00:00 访问次数:772

  由图3可知,无源无损或有源无损(active loss-less)吸收电路的作用,使开关轨迹ivˉuv向坐标轴靠近,从而大大减少了开关损耗。可以认为是吸收电路“软化”了开关轨迹,或者“软化”了开关过程。利用这种原理如果能设计出一种吸收电路,使图3所示的开关轨迹iv-uv沿着坐标轴变化(或逼近坐标轴),则开关损耗很小或接近于零,有如零开关(zv/zcs)转换器,如果使转换器实现零开关,则也是一种传统意义上的软开关技术。把用吸收电路使开关过程软化的技术,叫做广义软开关技术。

  图1给出了硬开关、广义软开关、零开关三种开关过程,显示出开关器件电压uv和电流iv波形在不同开关过程中的交叠(over-lap)情况。

  (1)pwm硬开关过程,由图1(a)可见,电压uv和电流iv在开关过程中的交叠部分最多,这是硬开关过程中开关损耗最大的原因。

  (2)零开关过程(zero voltage/current switching),电压uv和电流iv没有交叠,开关损耗为零。电压下降到零后开通,电流才上升(即零电压开通zcs,zero current switchlng),或电流下降到零后关断,电压才上升(即零电流关断zcb,zero current switching),称为zv/zcs软开关。

  (3)广义称开关(generalized soft switching)过程,无源/有源“无损”吸收网络,具有“软化”开关过程,降低du/dt/、di/dt降低电流/电压变化斜率的功能,使开关管上的电压uv和电流iv在开关过程中交叠部分最小,大幅度降低了开关损耗,吸收网络本身的损耗非常小,可以称为“低损软开关”。

  有源/无损吸收电路中,除了包含有l、c、d元件外,还包含有源器件——辅助开关管。在这种情况下,有源无损吸收电路与zv/zcs软开关电路就不易严格区分了。实际上,某些zv/zc软开关技术,就是一种典型的有源无损吸收技术。

  图2为一个pwm dc/dc双管正激式转换器采用有源无损吸收电路实现软开关的例子。吸收电路的组成部分为辅助开关管v3、吸收电感lv,吸收电容c1,c2,以及二极管d1,d2。

  其原理可以简述如下:设主开关管v1、v2(igbt)及辅助开关管v3同时开通。回路中电感lv限制了主开关管v1、v2开通电流的上升斜率,使开通损耗减小。令开关管v1先关断,变压器电流使电容c2充电,已知电容电压不能跃变,因而v1电压上升斜率受到限制,使其关断损耗减小。令v3先于v2关断,当v2关断时,变压器电流使c1充电,和v1关断的情况相同,关断损耗减小了。

  变压器的磁场能和电感lv的储能反馈回电源,开关管v3可以实现zv开通和关断,开关管v1和v2不是zv开通,也不是zc关断。但所用的有源无损吸收电路确实有效地软化了开关过程。

  图3为图2电路的仿真结果,给出了主开关管的关断电压上升斜率与吸收电容值的关系,虚线表示关断损耗。可见软化后,吸收电容改变了关断电压上升斜率和关断损耗。吸收电容值越大,则关断电压上升斜率越小,关断损耗电越小。igbt关断时,关断电流有明显的拖尾现象,如不采取软化措施,关断损耗将更大。

  值得一提的是,吸收电路可以抑制电力电子系统中开关器件的浪涌电压或电流,使电路中的储能被有效利用或反馈到电源,从雨将器件电压钳位在某一范围内。根据这一钳位作用原理,⒛世纪80年代初,有人提出了有源钳位转换器,也有的文献就从钳位功能的角度来分析软开关技术的发展。

  欢迎转载,信息来自维库电子市场网(www.dzsc.com)



  由图3可知,无源无损或有源无损(active loss-less)吸收电路的作用,使开关轨迹ivˉuv向坐标轴靠近,从而大大减少了开关损耗。可以认为是吸收电路“软化”了开关轨迹,或者“软化”了开关过程。利用这种原理如果能设计出一种吸收电路,使图3所示的开关轨迹iv-uv沿着坐标轴变化(或逼近坐标轴),则开关损耗很小或接近于零,有如零开关(zv/zcs)转换器,如果使转换器实现零开关,则也是一种传统意义上的软开关技术。把用吸收电路使开关过程软化的技术,叫做广义软开关技术。

  图1给出了硬开关、广义软开关、零开关三种开关过程,显示出开关器件电压uv和电流iv波形在不同开关过程中的交叠(over-lap)情况。

  (1)pwm硬开关过程,由图1(a)可见,电压uv和电流iv在开关过程中的交叠部分最多,这是硬开关过程中开关损耗最大的原因。

  (2)零开关过程(zero voltage/current switching),电压uv和电流iv没有交叠,开关损耗为零。电压下降到零后开通,电流才上升(即零电压开通zcs,zero current switchlng),或电流下降到零后关断,电压才上升(即零电流关断zcb,zero current switching),称为zv/zcs软开关。

  (3)广义称开关(generalized soft switching)过程,无源/有源“无损”吸收网络,具有“软化”开关过程,降低du/dt/、di/dt降低电流/电压变化斜率的功能,使开关管上的电压uv和电流iv在开关过程中交叠部分最小,大幅度降低了开关损耗,吸收网络本身的损耗非常小,可以称为“低损软开关”。

  有源/无损吸收电路中,除了包含有l、c、d元件外,还包含有源器件——辅助开关管。在这种情况下,有源无损吸收电路与zv/zcs软开关电路就不易严格区分了。实际上,某些zv/zc软开关技术,就是一种典型的有源无损吸收技术。

  图2为一个pwm dc/dc双管正激式转换器采用有源无损吸收电路实现软开关的例子。吸收电路的组成部分为辅助开关管v3、吸收电感lv,吸收电容c1,c2,以及二极管d1,d2。

  其原理可以简述如下:设主开关管v1、v2(igbt)及辅助开关管v3同时开通。回路中电感lv限制了主开关管v1、v2开通电流的上升斜率,使开通损耗减小。令开关管v1先关断,变压器电流使电容c2充电,已知电容电压不能跃变,因而v1电压上升斜率受到限制,使其关断损耗减小。令v3先于v2关断,当v2关断时,变压器电流使c1充电,和v1关断的情况相同,关断损耗减小了。

  变压器的磁场能和电感lv的储能反馈回电源,开关管v3可以实现zv开通和关断,开关管v1和v2不是zv开通,也不是zc关断。但所用的有源无损吸收电路确实有效地软化了开关过程。

  图3为图2电路的仿真结果,给出了主开关管的关断电压上升斜率与吸收电容值的关系,虚线表示关断损耗。可见软化后,吸收电容改变了关断电压上升斜率和关断损耗。吸收电容值越大,则关断电压上升斜率越小,关断损耗电越小。igbt关断时,关断电流有明显的拖尾现象,如不采取软化措施,关断损耗将更大。

  值得一提的是,吸收电路可以抑制电力电子系统中开关器件的浪涌电压或电流,使电路中的储能被有效利用或反馈到电源,从雨将器件电压钳位在某一范围内。根据这一钳位作用原理,⒛世纪80年代初,有人提出了有源钳位转换器,也有的文献就从钳位功能的角度来分析软开关技术的发展。

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