《现代电源实用技术》电子教案：第五章 开关电源新技术 5.3 软开关新技术

《现代电源次用 我乐》 电孕敏家 第五章开关电源新技术 (参考内容)

第五章 开关电源新技术 (参考内容) 《现代电源实用 技术》 电子教案

目录 概述 5-3软开关新技术 5-3.1软开关的基本概念 5-3.1.1硬开关与软开关 5-3.1.2零电压开关与零电流开关 5-3.2软开关电路的分类 5-3.3典型的软开关电路 5-3.3.1零电压开关准诸振电路 5-3.3.2诸振直流环 5-3.3.3移相全桥型零电压开关PWM电路 5-3.3.4零电压转换PWM电路 本章小结

目 录 概述 5－3 软开关新技术 5－3.1 软开关的基本概念 5－3.1.1 硬开关与软开关 5－3.1.2 零电压开关与零电流开关 5－3.2 软开关电路的分类 5－3.3 典型的软开关电路 5－3.3.1 零电压开关准谐振电路 5－3.3.2 谐振直流环 5－3.3.3 移相全桥型零电压开关PWM电路 5－3.3.4 零电压转换PWM电路 本章小结

题 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、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

概 述 ❖ 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、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

5-3.1.1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。 令软开关 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。 软开关有时也被成为谐振开关。 令工作原理 软开关电路中S关断后L与C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

5－3.1.1 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。 –软开关有时也被成为谐振开关。 ❖ 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

5-3.12零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。 VD本 R tot12t3 45 6 tc 图5-1零电压开关准谐振电路肠波形 a)电路图b)理想化波形 (显示放大图)

5－3.1.2 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。 Ui Cr S VDS Lr VD L C A R S uS (uCr ) i Lr uVD t 0 t 1 t 2 t 3 t 4 t 6 t 0 t t t t t t 5 i S O O O O O a) 图5 b) -1 零电压开关准谐振电路及波形 a）电路图 b）理想化波形 （显示放大图）

5-3.12零电压开关与零电流开关 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。 L ll VD CTR b) 图5-2硬开关电路及波形 a)电路图b)理想化波形 (显示放大图)

–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。 Ui S VD L C R S uS i S uVD t 0 t 1 t t t t O O O O a) b) 图5-2 硬开关电路及波形 a）电路图 b）理想化波形 （显示放大图） 5－3.1.2 零电压开关与零电流开关

5-312零电压开关与零电流开关 心零电压开通和零电流关断要靠电路中的谐振来实现。 令零电压关断: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。 令零电流开通: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。 令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

❖ 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。 5－31.2 零电压开关与零电流开关

5-32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 令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路

5－3.2 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。 ❖ 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路

5-32软开关电路的分类 VD VD 图5-3基本开关单元的概念(显示放大图) 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

图 5-3 基本开关单元的概念（显示放大图） 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 VD S L L S VD L S VD VD S L a) b) c) d) 5－3.2 软开关电路的分类

5-32软开关电路的分类 1.准谐振电路 ☆准谐振电路中电压或电流的波形为正弦半波,因此称之为准谐振。 ◇为最早出现的软开关电路,可以分为: 零电压开关准诸振电路( Zero-Voltage-Switching Quasi Resonant Converter--ZVS QRC) C L LV S C+太VD 图5-4准谐振电路的基本开关单元(显示放大图) a)零电压开关准谐振电路的基本开关单元b)零电流开关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

1． 准谐振电路 ❖ 准谐振电路中电压或电流的波形为正弦半波，因此称之为准谐振。 ❖ 为最早出现的软开关电路，可以分为： –零电压开关准谐振电路(Zero-Voltage-Switching Quasi￾Resonant Converter—ZVS QRC）； S VD Lr L Cr S VD Lr L Cr1 Cr2 S Lr Cr VD L a) b) c) 图 5-4 准谐振电路的基本开关单元（显示放大图） a）零电压开关准谐振电路的基本开关单元 b）零电流开关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 5－3.2 软开关电路的分类