电力电子技术第7章软开关技术
电力电子技术课程-软开关
Inverter bridge variations
n
2
1 LC
R 1 L 2 C
Damping condition:
L 4LC 0 R
1
RP S LLK
1 LLK C S
LLK
LLK CS
0.5
吸收电路（Rectifier snubber)
电压钳位(Voltage clamp)
iD
Ii
iDS
iCoss
u gs u gs
u DS , iDS
Ii
irr
t
Vo
Reverse recovery charge Qrr vs.
dI F dt
iD
Ii
t
I RM
Turn-on loss in switch and Fred
t
trr
1 2 Aturn _ on QrrVo I i uDS dt CossVo 2 0
Turn-on switching loss is reduced
零电压开通Zero voltage switch on(ZVS on) Turn on with zero voltage
Overlap time is zero integral of multiplication of uds and ids is 0
Current is leading ZCS switching
io
D1D4
S1 S 4
D2 D3
S 2 S3
D1D4
S1 S 4
(c )
fs fo 处于感性工作状态
io
S1
Vdc
S2
电力电子技术第7章 软开关技术
（1） 零电压开关准谐振电路
ug
VDT
关断过程 开通过程
uT (uCr)
Lr
O
t t t t t0 t1 t2 t3t4t5 t6 t0 t
L
+
T
iT iLr
O uVD
ui
Cr
VD
C
R
uo
-
◆其中开关管T和谐振电容 Cr并联，谐振电感 Lr 与T串联。假设电 路中电感L和电容C值很大。 ◆假设电感L和电容C很大，可以等效为电流源和电压源，并忽略 电路中的损耗。 ◆开关电路的工作过程是按开关周期重复的，在分析时可以选择开 关周期中任意时刻为分析的起点，选择合适的起点，可以使分析得到 简化。
（1） 零电压开关准谐振电路
ug
VDT
关断过程 开通过程
uT (uCr)
Lr
O
t t t t t0 t1 t2 t3t4t5 t6 t0 t
L
+
T
iT iLr
O uVD
ui
Cr
VD
C
R
uo
-
◆工作过程 ☞选择开关关断时刻为分析的起点。 ☞t0~t1时段：t0之前，S导通，VD为断态，uCr=0，iLr=IL，t0时刻T关 断，Cr使T关断后电压上升减缓，因此T的关断损耗减小，T关断后， VD尚未导通；Lr+L向Cr充电，L等效为电流源，uCr线性上升，同时 VD两端电压uVD逐渐下降，直到t1时刻，uVD=0，VD导通。
（1） 零电压开关准谐振电路
ug
VDT
关断过程 开通过程
uT (uCr)
Lr
O
t t t t t0 t1 t2 t3t4t5 t6 t0 t
《软开关技术》课件
03
CHAPTER
软开关技术在不同领域的应 用
电力电子领域
软开关技术介绍
在电力电子领域，软开关技术是一种用于控制开关电源的先进技术。它通过在开关过程中引入谐振原 理，实现了开关器件的零电压或零电流开通与关断，从而减小了开关损耗和电磁干扰，提高了电源的 效率。
应用实例
在逆变器、直流-直流转换器、不间断电源等电力电子设备中，软开关技术被广泛应用于减小开关损耗 、提高电源效率、降低电磁干扰等方面。
智能电网
在智能电网建设中，软开关技术将发挥重要作用，保障电网的稳定 运行和节能减排。
轨道交通
在轨道交通领域，软开关技术的应用将提升列车运行的稳定性和安 全性。
产业前景
市场规模
随着软开关技术的广泛应用，其 市场规模将不断扩大，吸引更多 企业投入研发和生产。
产业链完善
软开关技术的产业链将逐渐完善 ，形成完整的研发、生产、销售 和服务体系。
降低电磁干扰有助于提高电子设备的性能稳定性，减少对周 围其他设备的干扰，同时也符合现代电子产品绿色环保的要 求。
延长设备寿命
软开关技术能够减小开关过程中产生的应力，从而降低对设备中元器件的损耗， 延长了设备的使用寿命。
设备寿命的延长有助于减少维修和更换成本，同时也减少了电子废弃物的产生， 有利于环境保护。
元器件选择
01
02
03
电力电子器件
如绝缘栅双极晶体管（ IGBT）、功率MOSFET等 ，具有高耐压、大电流、 低导通电阻等优点。
无源元件
如电容、电感等，用于实 现能量的储存和转换。
控制电路
用于产生控制信号，调节 开关的导通和关断时间。
电路设计
01
02
《软开关技术》课件
混合型软开关电路
结合电压型和电流型电路的特点，实现更高效的软开关。
控制策略
恒定电压控制
保持输出电压恒定，通过调节占空比或频率来实现软 开关。
恒定电流控制
保持输出电流恒定，通过调节占空比或频率来实现软 开关。
恒功率控制
保持输出功率恒定，通过调节占空比或频率来实现软 开关。
软开关技术
CATALOGUE
目 录
• 软开关技术概述 • 软开关技术的优点 • 软开关技术的应用领域 • 软开关技术的实现方式 • 软开关技术的发展趋势 • 软开关技术的前景展望
01
CATALOGUE
软开关技术概述
软开关技术的定义
软开关技术是指在电力电子变换器中 ，利用控制技术实现功率开关管的零 电压开通和零电流关断的一种新型开 关技术。
01
通过调节脉冲宽度来控制开关的导通和关断时间，实现软开关
。
脉冲频率调制（PFM）
02
通过调节脉冲频率来控制开关的导通和关断时间，实现软开关
。
脉冲相位调制（PPM）
03
通过调节脉冲相位来控制开关的导通和关断时间，实现软开关
。
电路拓扑结构
电压型软开关电路
通过在开关管两端并联电容来实现软开关。
电流型软开关电路
高效率的电源能够减小散热需求，降低散热成本，同时减小电源体积和重 量，提高电源的便携性和可靠性。
降低电磁干扰
01
软开关技术能够减小开关过程 中电压和电流的突变，从而降 低电磁干扰(EMI)。
02
降低电磁干扰有助于提高电子 设备的电磁兼容性(EMC)，使 其在复杂电磁环境中稳定工作 。
03
降低电磁干扰还可以减小对周 围电子设备的干扰，提高整个 系统的稳定性。
电力电子技术课后答案6
第5章逆变电路1．无源逆变电路和有源逆变电路有何不同？答：两种电路的不同主要是：有源逆变电路的交流侧接电网，即交流侧接有电源。
而无源逆变电路的交流侧直接和负载联接。
2．换流方式各有那几种？各有什么特点？答：换流方式有4种：器件换流：利用全控器件的自关断能力进行换流。
全控型器件采用此换流方式。
电网换流：由电网提供换流电压，只要把负的电网电压加在欲换流的器件上即可。
负载换流：由负载提供换流电压，当负载为电容性负载即负载电流超前于负载电压时，可实现负载换流。
强迫换流：设置附加换流电路，给欲关断的晶闸管强迫施加反向电压换流称为强迫换流。
通常是利用附加电容上的能量实现，也称电容换流。
晶闸管电路不能采用器件换流，根据电路形式的不同采用电网换流、负载换流和强迫换流3种方式。
3．什么是电压型逆变电路？什么是电流型逆变电路？二者各有什么特点。
答：按照逆变电路直流测电源性质分类，直流侧是电压源的称为逆变电路称为电压型逆变电路，直流侧是电流源的逆变电路称为电流型逆变电路电压型逆变电路的主要特点是：①直流侧为电压源，或并联有大电容，相当于电压源。
直流侧电压基本无脉动，直流回路呈现低阻抗。
②由于直流电压源的钳位作用，交流侧输出电压波形为矩形波，并且与负载阻抗角无关。
而交流侧输出电流波形和相位因负载阻抗情况的不同而不同。
③当交流侧为阻感负载时需要提供无功功率，直流侧电容起缓冲无功能量的作用。
为了给交流侧向直流侧反馈的无功能量提供通道，逆变桥各臂都并联了反馈二极管。
电流型逆变电路的主要特点是：①直流侧串联有大电感，相当于电流源。
直流侧电流基本无脉动，直流回路呈现高阻抗。
②电路中开关器件的作用仅是改变直流电流的流通路径，因此交流侧输出电流为矩形波，并且与负载阻抗角无关。
而交流侧输出电压波形和相位则因负载阻抗情况的不同而不同。
③当交流侧为阻感负载时需要提供无功功率，直流侧电感起缓冲无功能量的作用。
因为反馈无功能量时直流电流并不反向，因此不必像电压型逆变电路那样要给开关器件反并联二极管。
【电力电子技术习题解答】期末考试题库第7章
第7章 思考题与习题7.1高频化的意义是什么？为什么提高开关频率可以减小滤波器和变压器的体积和重量？答：高频化可以减小滤波器的参数，减小变压器的体积从而使装置小型化、轻型化； 提高开关频率，可以减小滤波器的电感和电容的参数，减小滤波器的体积和重量；当变压器输入正弦波时，fNBS U 44.4 ，频率升高时，可以减小N 和S 的参数，从而减小变压器各绕组的匝数和铁心的尺寸，使变压器的体积减小，重量减轻，。
7.2何谓软开关和硬开关？怎样才能实现完全无损耗的软件关过程？答：如果开关器件在其端电压不为零时开通则称为硬件通，在其电流不为零时关断则称为硬关断。
硬开通、硬关断统称为硬开关。
在硬开关过程中，开关器件在较高电压下承载有较大电流，故产生很大的开关损耗。
如果在电力电子变换电路中采取一些措施，如改变电路结构和控制策略，使开关器件被施加驱动信号而开通过程中其端电压为零，这种开通称为零电压开通；若使开关器件撤除其驱动信号后的关断过程中其承载的电流为零，这种关断称为零电流关断。
零电压开通和零电流关断是最理想的软开关，其开关过程中无开关损耗。
如果开关器件在开通过程中端电压很小，在关断过程中其电流也很小，这种开关过程的功率损耗不大，称之为软开关。
7.3零开关，即零电压开通和零电流关断的含义是什么？答：使开关开通前的两端电压为零，则开关导通过程中就不会产生损耗和噪声，这种开通方式为零电压开通；而使开关关断时其电流为零，也不会产生损耗和噪声，称为零电流关断。
7.4试分析图题7.4两个电路在工作原理上的差别，并指出它们的异同点。
图题7.4答：相同点：都是零电压开关准谐振电路。
不同点：（a ）图在（b ）图软开关的电容上串了一个电阻，7.5软开关电路可以分为哪几类？其典型拓扑分别是什么样的？各有什么特点？答：准谐振变换电路、零开关PWM 变换电路和零转换PWM 变换电路。
见教材“7.1 , 7.2”7.6准谐振变换器与多谐振变换器的区别是什么？答：准谐振变换电路分为零电压开关准谐振变换电路（ZVS QRC ）与零电流开关准谐振变换电路（ZCS QRC ）。
电力电子技术王兆安第五版课后习题答案
目录第 1章电力电子器件第 2章整流电路第 3章直流斩波电路第 4章交流电力控制电路和交交变频电路第 5章逆变电路第 6章 PWM控制技术第 7章软开关技术第 8章组合变流电路π π π第 1 章 电力电子器件1. 使晶闸管导通的条件是什么？答：使晶闸管导通的条件是：晶闸管承受正向阳极电压，并在门极施加触发电流（脉冲）。
或：u AK >0 且 u GK >0。
2. 维持晶闸管导通的条件是什么？怎样才能使晶闸管由导通变为关断？答：维持晶闸管导通的条件是使晶闸管的电流大于能保持晶闸管导通的最小电流，即维持 电流。
要使晶闸管由导通变为关断，可利用外加电压和外电路的作用使流过晶闸管的电流降 到接近于零的某一数值以下，即降到维持电流以下，便可使导通的晶闸管关断。
3. 图 1-43 中阴影部分为晶闸管处于通态区间的电流波形，各波形的电流最大值均为 I m ，试计算各波形的电流平均值 I d1、I d2、I d3 与电流有效值 I 1、I 2、I 3。
π π 4a)12π 0 ππ 5π 2π 0π 2π44 2b)c)图 1-43 晶闸管导电波形I m 2解：a)I d1= 2 1 赲υλ0πI m sin ω td ( ω t ) = ( +1 ) 猏υλ0 0.2717 I m 42 22 I m3 1 I 1= 赲υλ0π ( 2 π 4b)I d2 = 1 赲υλ0ππ 41I m sin ω t ) d ( ω t ) = + 猏υλ0 0.4767 I m 2 4 2πI m 2I msin ω td ( ω t ) = ( + 1 ) 猏υλ0 0.5434 I m π 22 2I m3 1 I 2 =π 赲υλ0π( I m sin ω t ) d ( ωt ) = + 猏υλ0 0.6741I 4 24 2π πc)I d3= 1 21赲υλ002 I md ( ωt ) =π2 1 I m 4 1 I3 =赲υλ002 I md (ωt ) = I m 2 π2多少？这时，相应的电流最大值 I m1、I m2、I m3 各为多少?解：额定电流 I T(AV) =100A 的晶闸管，允许的电流有效值 I =157A ，由上题计算结果知a) b) II m1 ? 猏υλ0329.35，0 4767II m2 ? 猏υλ0 232.90,0 6741I d1 猏υλ0 0.2717 I m1 猏υλ0 89.48 I d2 猏υλ0 0.5434 I m2 猏υλ0 126.56 1 c) I m3=2 I = 314, I d3= I m3=78.545. GTO 和普通晶闸管同为 PNPN 结构，为什么 GTO 能够自关断，而普通晶闸管不能？ 答：GTO 和普通晶闸管同为 PNPN 结构，由 P 1N 1P 2 和 N 1P 2N 2 构成两个晶体管 V 1、V 2,分 别具有共基极电流增益 α 和 α ，由普通晶闸管的分析可得， α + α =1 是器件临界导通 12的条件。
电力电子技术：第七章 谐振软开关技术
典型谐振开关电路
全桥零电压开关PWM电路
工作规律： 1）一个开关周期T内，每个开关元件导通时间略小于T/2，关断时间略
大于T1触发信号ug1超前VT4触发信号ug4(0~T/2)时间；VT2触发信号
ug2超前VT3触发信号ug3(0~T/2)时间。
实现软开关工作；电路无功需求减小，工作效率提高。
典型谐振开关电路
零电压开关准谐振电路
Lr——谐振电感；Cr——谐振电容。
一个工作周期分四个阶段：
阶段①（t0-t1）：VT在零电压下关断，电路以iL=I0向Cr 充电，uC=0↑→=E（t1时刻）。
阶段②（t1-t2）：VD导通，Cr、Lr构成串联谐振（t1-t’1 磁场能量向电场能量转换uc↑，t’1-t2电场能量向 磁场能量转换uC下降）；t”1时刻, uC=E,iL=I0,VD关断；t2时刻，uC正过零→VDr导通→uC=0 （钳到0电位）。
优点：开关损耗、噪声大为降低； 缺点：谐振过程导致电压峰值↑→开关器件耐压要求提高；
谐振电流有效值↑→电路导通损耗↑； 谐振周期随输入电压、输出负载变化，电路不能采用定频
调宽PWM控制，只能采用调频控制→电路设计困难。
谐振软开关的基本概念
谐振软开关电路类型
2、零开关PWM电路
(a)ZVSPWM
零电压PWM
缺点：谐振电压峰值高于电源电压(E) 2倍 以上，因此功率开关器件要有很高
控制阶段④时间长短，可实现对输出电压的调频控制。
的耐压值。
典型谐振开关电路
零电流开关准谐振电路
Lr——谐振电感；Cr——谐振电容。 一个工作周期分四个阶段：
阶段①（t0-t1）： IL<I0，负载电流=I0由VD续流；VT 导通，Cr被VD钳位使uC≈0（=VD导通压降），E 全部加在Lr上，iL线性↑至I0（t1）。