第三讲 软开关型电力变换器(1).ppt

软开关型电力变换器,基本概念开关轨迹、开关损耗、安全工作区主要思路缓冲方法、谐振方法典型电路,1,1,3.1硬开关的开通、关断过程及安全工作区,Lf大，开关过程中ifIo不变开通断态（A）→通态（C）rT从∞→0，iT从0线性上升至Io，vT从VD↘0关断通态（C）→断态（A）rT从0→∞，iT从Io线性下降至0，vT从0↗VD,开通过程中，工作点如何从A过渡到CVT按什么规律降至0关断过程中工作点从C如何过渡到AVT按什么规律上升至VD取决于电路中的电感L及开关管的并联电容C,2,3.1硬开关开通、关断过程及安全工作区（续1）,无串联电感时开通过程ABC高压下电流上升ABtri负载电流下电压下降BCtfv）关断过程CBA负载电流下电压上升CBtrv，高压下电流下降BAtfi）有串联电感时开通过程AQEC，比ABC好关断过程CBHPA，比CBA差,3,3.1.1线路电感Lσ0时开关器件开通关断过程,,有VG后延时td，rT从∞→0，有-VG，经存储时间trvrT从0→∞开通在tri期间，rT↓，iT↗Io之前，D仍导电，vTVD,A→B。在B点rT＝VD/Io，此后，在tfv期间，iTIo，D截止，rT↓，vT↘0，B→C关断rT↑，在trv期间vT↗VD之前，D仍截止，iTIo，C→B，在B点，rT＝VD/Io，此后，在tfi期间vTVD，D导电，rT↑，iT＝VD/rT↘0，B→A,1,4,3.1.1线路电感Lσ0时开关器件开通关断过程续1,5,3.1.1线路电感Lσ0时开关器件开通关断过程续2,开通电流iT上升期iTIot/tri关断电流iT下降期iTIo1-t/tfi若认为vT在开通关断过程中也呈线性变化在则,6,3.1.2线路电感Lσ≠0时开通、关断过程,开通断态时，vTVD，iT0。工作点为A，有VG后，rT↓，iTIo.t/tri,tri期间上升时，D仍在导电vTVD-LσdiT/dtVD-LσIo/triVQVD时，D导电，iT线性减小，vTVD－LσdiT/dtVDLσIo/tfiVCEP，工作点立即从B→H，在iT从Io↘0期间工作点从H→P，一旦iT0，工作点从P→AiT0，VTVD有Lσ时，关断过程CBHPA，比Lσ0时CBA差,A,,8,3.1.2线路电感Lσ≠0时开通、关断过程续2,9,3.1.3安全工作区,Lσ0时，开通轨迹ABC，关断轨迹CBALσ≠0时，开通轨迹AQEC，关断轨迹CBHPALσ改善了开通轨迹，恶化了关断轨迹安全工作区vTVCEO，KJ线左侧iTICM，NM线下方PtvTiT，功率限制线左下侧,,10,3.2引入L、C缓冲电路的软开关3.2.1全控型开关管LCRD复合缓冲器,缓冲电路由Ls、Cs、Ds、Rs组成，T表示全控型开关管GTO、BJT、IGBT、P-MOS。串联电感Ls用于开通缓冲vT，类似于线路电感Lσ≠0时的开通过程，开通轨迹为图2.3b中的AQEC，开通时iT↑，使vTVD-LσdiT/dtVD-LσIo/triVQVD,11,3.2.1全控型开关管LCRD复合缓冲器续1,并联电容Cs用于关断缓冲vT关断T时，rT↑，vTrTiT↑，在vTVD时，D0仍反偏截止。iLiTiCIo不变，iTIo1-t/tfi下降，iCIot/tfi上升，vcvT充电上升。若在tfi期间，iT→0，iC→Io，使,,12,3.2.1全控型开关管LCRD复合缓冲器续2,,此后，T已关断，iL继续对Cs充电到iL0，VCVTVCEP，解VD、LS、CS电路微分方程，得到,最后，VoVCEP经RS对电源放电，使iCiR→0。VCVTVD，关断轨迹为CAPA。,13,3.2.1全控型开关管LCRD复合缓冲器续3,,缺点通态vC0，断态vCvD，开关一次，C充放电一次。,14,例题3.1BookP.254BUCKDC/DC变换器VD200V，Io10A，Vo100V，fs20KHz，Po1KW。tritfrtfitrv0.75μs，Ls3μH，Cs取为临界关断电容，Rs40Ω，求开关损耗并画出开关轨迹。解无缓冲电路时，Pon37.5W，Poff37.5W临界关断缓冲电容Cs0.01875μF计算得有复合缓冲器电路时，VCEP300V，比VD高50％VQ160V，只比VD小20％P’off3.125WPoff37.5Wp’on30W，仅比Pon小20％,15,3.2.2电力二极管、晶闸管的RC缓冲器,由上例，串联电感Ls开通缓冲对减少开通损耗作用不大，同时Ls使关断时vT增大到VCEP超过VD50％，为了简化缓冲电路，常不引入串联电感Ls，这时图2.3a变为2.4a图2.4a所示R、C、D缓冲电路常用于保护晶闸管图2.4a再取消DS，仅有RS、CS的缓冲电路常用于保护电力二极管,16,3.2.3P-MOSFET、IGBT的限幅箝位缓冲器C、D、R,关断过程①rT↑，在vT从0↗VD期间D0、D仍反偏截止，iLiTIo，工作点从C→B②vT略大于VD后，D0导电，iT↘0的tfi期间，iC经D使C充电，VCVT↑，D导电使iT从Io→0,通态时，iLiTIo，D0、D截止，C充电到VCVD,,图2.5,17,①C→B②B→M③M→P，iT0，VCVTVCMVTM后，T关断，iL继续对C充电,iL0时vCvTVTPVCP,3.2.3P-MOSFET、IGBT的限幅箝位缓冲器续1,,18,3.2.3P-MOSFET、IGBT的限幅箝位缓冲器续2,④P→A，vCvT经L、电源、R放电至VD，关断轨迹为C→B→M→P→A断态时，iT0，VTVCVD，D0续流开通过程①A→F，加VG后，rT↓，iTiL↗Io的tri期间，D0仍导电，vT↓，C经T、R放电，D截止，iTIo时，工作点从A→F,19,3.2.3P-MOSFET、IGBT的限幅箝位缓冲器续3,20,3.2.3P-MOSFET、IGBT的限幅箝位缓冲器续4,开通过程②中F→C，iTIo时，vTVTF，D0、D截止，rT↓，iT≡Io，vT→0，vC→VD，工作点从F→C,①,②,21,3.2.3P-MOSFET、IGBT的限幅箝位缓冲器续5,无论通态、断态，vC都为VD，开关过程中vC变化也不大，仅在关断过程中vT超过VD后，C才起作用限幅缓冲，广泛应用于IGBT的DC/DC、DC/AC变换器。,22,例题3.2,VD220V，Io50A，L2μH，C5μF，R5Ω，tfi1.5μS，tri1μS，确定开通关断轨迹解得关断时M点，VTMVCM227.4V不大，Poff小P点，VTPVCP251.3V开通时F点，VTF128V很低，Pon小VCF217.5V电容电压变化范围小217.5－220－251.3V开关管最高电压仅251.3VVD220V,23,