1、軟開關型電力變換器軟開關型電力變換器3.1 硬開關的開通、關斷過程及安全工作區 l lf f大，開關過程中大，開關過程中i if f ioio不變不變 開通：斷態（開通：斷態（a a）通態（通態（c c） r rt t從從 0 0，i it t從從0 0線性上升至線性上升至ioio， v vt t從從v vd d00 關斷：通態（關斷：通態（c c）斷態（斷態（a a） r rt t從從00，i it t從從ioio線性下降至線性下降至0 0， v vt t從從0v0vd d 開通過程中，工作點如何從開通過程中，工作點如何從a a過渡到過渡到 c c？v vt t按什么規律降至按什么規律降至0

2、 0？ 關斷過程中工作點從關斷過程中工作點從c c如何過渡到如何過渡到a a？ v vt t按什么規律上升至按什么規律上升至v vd d？ 取決于電路中的電感取決于電路中的電感l l及開關管的并聯及開關管的并聯 電容電容c c23.1 硬開關開通、關斷過程及安全工作區（續硬開關開通、關斷過程及安全工作區（續1）無串聯電感時： 開通過程:abc(高壓下電流上升:ab(t triri) 負載電流下電壓下降bc (t tfvfv) ） 關斷過程:cba(負載電流下電壓上升:cb(t trvrv)，高壓下電流下降:ba(t tfifi)） 有串聯電感時： 開通過程aqec，比abc好 關斷過程cbhp

3、a，比cba差33.1.1 線路電感l=0時開關器件開通關斷過程有有+v+vg g后延時后延時t td d，r rt t從從 0 0，有，有-v-vg g，經經存儲時間存儲時間t trv rv r rt t從從0 0 開通：在開通：在tritri期間，期間，r rt t，i it tioio之前，之前，d d仍導電，仍導電，v vt t=v=vd d , , abab。在。在b b點點 r rt t v vd d / /ioio，此后，在，此后，在t tfvfv期間，期間，i it t=io=io，d d截止，截止，r rt t，v vt t00，bcbc關斷：關斷：r rtt，在在t trv

4、rv期間期間v vt tvvd d之前之前，d d仍截仍截止，止，i it t ioio，cbcb，在在b b點，點， r rt t v vd d / /ioio，此后，在，此后，在t tfifi期間期間v vt t=v=vd d，d d導電，導電，r rt t，i it t v vd d / r/ rt t 00， ba ba143.1.1 線路電感線路電感l=0時開關器件開通關斷過程時開關器件開通關斷過程(續續1)53.1.1 線路電感線路電感l =0時開關器件開通關斷過程時開關器件開通關斷過程(續續2)n開通電流it上升期：it=iot/tri n關斷電流it下降期：it=io(1-t/

5、tfi) n若認為vt在開通關斷過程中也呈線性變化在則： offtsoffodsfirvodttsoffftivfttivdtivfp021)(21011()22ontonsttdorifvsdo onspfv i dtvittfvi tffvriontttfirvoffttt63.1.2 線路電感線路電感l 0時開通、關斷過程時開通、關斷過程開通：斷態時，開通：斷態時，v vt t=v=vd d，i it t=0=0。工作點為。工作點為a a，有，有 v vg g后，后，r rt t，i it t=i=io o.t/t.t/triri ,t ,triri期間上升時，期間上升時，d d 仍在導

6、電仍在導電v vt t=v=vd d-l-ldidit t/dt =v/dt =vd d-l-lio/tio/triri=v=vq qvvd時，時，d導電，導電，it線性減小，線性減小，vt= vd ldit/dt=vd+lio/tfi=vcep， 工作點立即從工作點立即從b h ，在，在it 從從io 0期間工作期間工作點從點從hp，一旦，一旦it=0，工作點從，工作點從pa(it=0，vt=vd)n有有l時，關斷過程時，關斷過程cbhpa，比比l =0時時cba差差 a83.1.2 線路電感線路電感l 0時開通、關斷過程時開通、關斷過程(續續2)93.1.3 安全工作區安全工作區nl=0時

7、，開通軌跡abc，關斷軌跡cbanl 0時，開通軌跡aqec，關斷軌跡cbhpanl改善了開通軌跡，惡化了關斷軌跡n安全工作區： vtvceo，kj線左側 iticm，nm線下方 pt= vt it，功率限制線左下側103.2 引入引入l、c緩沖電路的軟開關緩沖電路的軟開關3.2.1 全控型開關管全控型開關管lcrd復合緩沖器復合緩沖器n緩沖電路由緩沖電路由ls、cs、ds、rs組成，組成，t表示全控型開關管表示全控型開關管gto、bjt、igbt、p-mos。n串聯電感串聯電感ls用于開通緩沖用于開通緩沖vt，類似于線路電感，類似于線路電感l 0時的開時的開通過程，開通軌跡為圖通過程，開通軌

8、跡為圖2.3(b)中的中的aqec，開通時，開通時it，使，使vt =vd-ldit/dt=vd-lio/tri=vqvdcasltidvtdi+-scsrsdeorisicicvlitvod圖2.3（a）rlflovfcovofii oitioiceoaptv圖2.3（b）bqvq vd vcep160v 200v 300v113.2.1 全控型開關管全控型開關管lcrd復合緩沖器復合緩沖器(續續1)n并聯電容cs用于關斷緩沖vtn關斷t時，rt， vt =rtit，在vt vd時，d0仍反偏截止。il=it+ic io不變，it=io(1-t/tfi)下降，ic=iot/tfi上升， vc

9、= vt充電上升。若在tfi期間，it0，icio，使f fi ic ct tt tc ct tc cdd 0 0s ss sddf fi idd1 1v vv vi i d dt tv v臨臨 界界 關關 斷斷 緩緩 沖沖c c2 2i io ot t( () )則則 c c t t ， v v v vv vt tf fi i2 2v v工工 作作 點點 從從 c ca acasltidvtdi+-scsrsdeorisicicvlitvod圖2.3（a）rlflovfcovofii oitioiceoaptv圖2.3（b）bqvq vd vcep160v 200v 300v123.2.1

10、全控型開關管全控型開關管lcrd復合緩沖器復合緩沖器(續續2)()c ct td ds sf fi id d2 2i io ot tc c t t， v v v vv v, ,工工 作作 點點 從從 c ca at tf fi i2 2v v此后，此后，t已關斷，已關斷，il繼續對繼續對cs充電到充電到il=0，vc=vt=vcep，解解vd、ls、cs電路微分方程，得到：電路微分方程，得到：o os ss s/ /2 2a ao om mm md dc ce ep pi ic cl le ev vv vv vv v,最后，最后，vo=vcep經經rs對電源放電，使對電源放電，使ic=ir0。

11、vc=vt=vd，關斷軌跡為關斷軌跡為capa。22001/,1/2,ssssc lr ccasltidvtdi+-scsrsdeorisicicvlitvod圖2.3(a）rlflovfcovofii oitioiceoaptv圖2.3（b）bqvq vd vcep(300v)160v 200v 300vds,rs作用，cs放電，t關斷后，il經ds，rs衰減到零133.2.1 全控型開關管全控型開關管lcrd復合緩沖器復合緩沖器(續續3)圖 7.13 復合緩沖器ticmim axcpoiceqoapdvcepvceovtvqv(c）開關軌跡casltidvtdi+-scsrsdeorisi

12、cicvlitvod(a）電路rlflovfcovofii oi(b）開通關斷過程波形圖開通通態關斷斷態開通斷態1t2t3t4t5t6t7tpt8t21t22t23ttrtvgvtioidvqvdtritfvtfittigvtvstcepvctifoslstilv/tv24tdvo of ff ft t0 0s so of ff fo od dt tt ts so of ff ff ft ti iv v2 21 1d dt ti iv vf fp p無無關關斷斷緩緩沖沖時時：關關斷斷損損耗耗：s sf fi io oddt t0 0t tt ts st t0 0t tt ts s o of f

13、f ff ft ti iv v1 12 21 1d dt tv vi if fd dt tv vi if fp pf fi io of ff f缺點：通態缺點：通態vc=0，斷態，斷態vc= vd，開開關一次，關一次，c充放電一次。充放電一次。 ：14例題3.1(book p.254) buck dc/dc變換器vd=200v，io=10a，vo=100v，fs=20khz，po=1kw。tri=tfr=tfi=trv=0.75s，ls=3h，cs取為臨界關斷電容，rs=40， 求開關損耗并畫出開關軌跡。解：無緩沖電路時，pon=37.5w，poff=37.5w 臨界關斷緩沖電容cs=0.01

14、875f 計算得：有復合緩沖器電路時，vcep=300v，比vd高50 vq=160v，只比vd小20 poff=3.125wpoff=37.5w pon=30w，僅比pon小20casltidvtdi+-scsrsdeorisicicvlitvod圖 2.3（ a）rlflovfcovofii oitioiceoaptv圖 2.3（ b）bqvq vd vcep(300v)160v 200v 300v153.2.2 電力二極管、晶閘管的電力二極管、晶閘管的rc緩沖器緩沖器n由上例，串聯電感由上例，串聯電感ls(開通緩沖開通緩沖)對減少開通損耗作用不大，同時對減少開通損耗作用不大，同時ls使關

15、斷時使關斷時vt增大到增大到vcep(超過超過vd 50)，為了簡化緩沖電路，為了簡化緩沖電路，常不引入串聯電感常不引入串聯電感ls，這時圖，這時圖2.3(a)變為變為2.4(a)n圖圖2.4(a)所示所示r、c、d緩沖電路緩沖電路常用于保護晶閘管常用于保護晶閘管n圖圖2.4(a)再取消再取消ds，僅有，僅有rs、cs的緩沖電路常用于保護電力二的緩沖電路常用于保護電力二極管極管casltidvtdi+-scsrsdeorisicicvlitvod圖2.3（a）rlflovfcovofii oiatteotvod圖2.4（a）rlflovfcovoisdsrdvsc163.2.3 p-mosfe

16、t、igbt的限幅箝位緩沖器的限幅箝位緩沖器:c、d、rn關斷過程：關斷過程： rt，在，在vt從從0 vd期間期間d0、d仍反偏仍反偏截止，截止， il=it=io，工作點從，工作點從cb vt略大于略大于vd后，后，d0導電，導電，it 0的的tfi期期間，間，ic經經d使使c充電，充電，vc=vt，d導電導電使使it從從io 0pcillorodcrttvtieiodvaliido(a) 電路bcvplolordcttvtieoidvalibcvidoicdodo(c)下降期間的等值電路itt tfil通態時，il=it=io，d0、d截止，c充電到vc=vdti0(1 cos)bmlt

17、mcmdodof if idivvvldtlivtt可求得： 時工作點從pcillorodcrttvtieiodvaliido(a)電路bcvplolordcttvtieoidvalibcvidoicdodo(c)下降期間的等值電路itt tfi圖2.5vtmvtp(b)開關軌跡fbctfvdvampotvti，關斷軌跡：開通軌跡：，關斷軌跡：開通軌跡：tritfi(vcm) (vcp)c-b-aa-f-cc-b-m-p-aa-b-c0l0l1717ncb bmnmp，it=0，vc=vt=vcm=vtm后，后，t關斷，關斷，il繼續對繼續對c充電充電, il=0時時vc=vt=vtp=vcp

18、3.2.3 p-mosfet、igbt的限幅箝位緩沖器的限幅箝位緩沖器(續續1)7.14( ):0,2(1 cos)lotpcpdo fifilidivvvtt由圖時pcillorodcrttvtieiodvaliido(a)電路bcvdo183.2.3 p-mosfet、igbt的限幅箝位緩沖器的限幅箝位緩沖器(續續2)npa，vc=vt經經l、電源、電源、r放放電至電至vd ，關斷軌跡為：關斷軌跡為：cbmpan斷態時，斷態時，it=0，vt=vc=vd，d0續續流流n開通過程：開通過程：af，加，加vg后，后，rt，it=il io的的tri期間，期間，d0仍導電，仍導電，vt，c經經t

19、、r放電，放電，d截止，截止，it=io時，工作點從時，工作點從afpcillorodcrttvtieiodvaliido(a)電路bcvdovtmvtp(b)開關軌跡fbctfvdvampotvti，關斷軌跡：開通軌跡：，關斷軌跡：開通軌跡：tritfi(vcm)(vcp)c-b-aa-f-cc-b-m-p-aa-b-c0l0lvcf193.2.3 p-mosfet、igbt的限幅箝位緩沖器的限幅箝位緩沖器(續續3)0e(1)(1)1,1(1)1(1)rilttfdrtoldrirtoldritriccfdroolcdrirooldrit trittrittriritridivvvldtlivetlivetiio ttvvvclilili dtvercrcrtlililvercrcrtrit0t由圖( ）得到i 從0i t=t 時的v :時，由于阻尼放電電阻dcfdr2,cvvvriltc在 期間，從放電很少，僅略小于203.2.3 p-mosfet、igbt的限幅箝位緩沖器的限幅箝位緩沖器(續續4)開通過程開通過程中：中：fc，i