軟開關(guān)型電力變換器基本概念開關(guān)軌跡、開關(guān)損耗、安全工作區(qū)主要思路緩沖方法、諧振方法典型電路1113.1硬開關(guān)的開通、關(guān)斷過程及安全工作區(qū)

?Lf大，開關(guān)過程中ifIo不變?開通：斷態(tài)（A）→通態(tài)（C）rT從∞→0，iT從0線性上升至Io，

vT從VD↘0?關(guān)斷：通態(tài)（C）→斷態(tài)（A）rT從0→∞，iT從Io線性下降至0，

vT從0↗VD?開通過程中，工作點(diǎn)如何從A過渡到

C？VT按什么規(guī)律降至0？?關(guān)斷過程中工作點(diǎn)從C如何過渡到A？VT按什么規(guī)律上升至VD？?取決于電路中的電感L及開關(guān)管的并聯(lián)電容C223.1硬開關(guān)開通、關(guān)斷過程及安全工作區(qū)（續(xù)1）無串聯(lián)電感時(shí)：?開通過程:ABC(高壓下電流上升:AB(tri)負(fù)載電流下電壓下降BC(tfv)）?關(guān)斷過程:CBA(負(fù)載電流下電壓上升:CB(trv)，高壓下電流下降:BA(tfi)）有串聯(lián)電感時(shí)：開通過程AQEC，比ABC好關(guān)斷過程CBHPA，比CBA差333.1.1線路電感Lσ=0時(shí)開關(guān)器件開通關(guān)斷過程有+VG后延時(shí)td，rT從∞→0，有-VG，經(jīng)存儲(chǔ)時(shí)間trv

rT從0→∞開通：在tri期間，rT↓，iT↗Io之前，D仍導(dǎo)電，vT=VD,A→B。在B點(diǎn)

rT＝VD/Io，此后，在tfv期間，iT=Io，D截止，rT↓，vT↘0，B→C關(guān)斷：rT↑，在trv期間vT↗VD之前，D仍截止，iT

Io，C→B，在B點(diǎn)，

rT＝VD/Io，此后，在tfi期間vT=VD，D導(dǎo)電，rT↑，iT

＝VD/rT

↘0，B→A1443.1.1線路電感Lσ=0時(shí)開關(guān)器件開通關(guān)斷過程(續(xù)1)553.1.1線路電感Lσ=0時(shí)開關(guān)器件開通關(guān)斷過程(續(xù)2)開通電流iT上升期：iT=Iot/tri

關(guān)斷電流iT下降期：iT=Io(1-t/tfi)

若認(rèn)為vT在開通關(guān)斷過程中也呈線性變化在則：663P-MOSFET、IGBT的限幅箝位緩沖器(續(xù)5)開關(guān)管最高電壓僅251.VCF開通過程：①A→F，加VG后，rT↓，iT=iL↗Io的tri期間，D0仍導(dǎo)電，vT↓，C經(jīng)T、R放電，D截止，iT=Io時(shí)，工作點(diǎn)從A→F?開通過程:ABC(高壓下電流上升:AB(tri)3P-MOSFET、IGBT的限幅箝位緩沖器(續(xù)3)3P-MOSFET、IGBT的限幅箝位緩沖器(續(xù)3)?開通過程:ABC(高壓下電流上升:AB(tri)④P→A，vC=vT經(jīng)L、電源、R放電至VD，關(guān)斷軌跡為：C→B→M→P→AP’off=3.VQ=160V，只比VD小20％VQ=160V，只比VD小20％1全控型開關(guān)管LCRD復(fù)合緩沖器(續(xù)2)3.1.2線路電感Lσ≠0時(shí)開通、關(guān)斷過程開通：斷態(tài)時(shí)，vT=VD，iT=0。工作點(diǎn)為A，有VG后，rT↓，iT=Io.t/tri,tri期間上升時(shí)，D仍在導(dǎo)電vT=VD-LσdiT/dt=VD-LσIo/tri=VQ<VD，工作點(diǎn)從A立刻轉(zhuǎn)移到Q點(diǎn)，在tri期間再從Q→E，此后D截止，iT

Io，rT↓，vT從VQ→0，工作點(diǎn)從E→C。有Lσ時(shí)，開通過程AQEC，比Lσ=0時(shí)ABC好VT773.1.2線路電感Lσ≠0時(shí)開通、關(guān)斷過程(續(xù)1)關(guān)斷：通態(tài)時(shí)vT=0，iT=Io，工作點(diǎn)為C，撤除VG后，rT↑，vT↑，在trv期間vT↗VD前，D仍反偏截止，iT=Io，工作點(diǎn)從C→B

此后rT↑，一旦vT>VD時(shí)，D導(dǎo)電，iT線性減小，vT=VD

－LσdiT/dt=VD+LσIo/tfi=VCEP，工作點(diǎn)立即從B→H，在iT

從Io↘

0期間工作點(diǎn)從H→P，一旦iT=0，工作點(diǎn)從P→A(iT=0，VT=VD)有Lσ時(shí)，關(guān)斷過程CBHPA，比Lσ=0時(shí)CBA差

A881全控型開關(guān)管LCRD復(fù)合緩沖器254)BUCKDC/DC變換器VD=200V，Io=10A，Vo=100V，fs=20KHz，Po=1KW。①C→B②B→M3P-MOSFET、IGBT的限幅箝位緩沖器(續(xù)5)④P→A，vC=vT經(jīng)L、電源、R放電至VD，關(guān)斷軌跡為：C→B→M→P→A254)BUCKDC/DC變換器VD=200V，Io=10A，Vo=100V，fs=20KHz，Po=1KW。Pt=vT×iT，功率限制線左下側(cè)p’on=30W，僅比Pon小20％③M→P，iT=0，VC=VT=VCM=VTM后，T關(guān)斷，iL繼續(xù)對(duì)C充電,iL=0時(shí)vC=vT=VTP=VCP?Lf大，開關(guān)過程中ifIo不變VQ=160V，只比VD小20％Lσ=0時(shí)，開通軌跡ABC，關(guān)斷軌跡CBA缺點(diǎn)：通態(tài)vC=0，斷態(tài)vC=vD，開關(guān)一次，C充放電一次。3P-MOSFET、IGBT的限幅箝位緩沖器(續(xù)3)若在tfi期間，iT→0，iC→Io，使Pt=vT×iT，功率限制線左下側(cè)3.1.2線路電感Lσ≠0時(shí)開通、關(guān)斷過程(續(xù)2)99

安全工作區(qū)Lσ=0時(shí)，開通軌跡ABC，關(guān)斷軌跡CBALσ≠0時(shí)，開通軌跡AQEC，關(guān)斷軌跡CBHPALσ改善了開通軌跡，惡化了關(guān)斷軌跡安全工作區(qū)：

vT<VCEO，KJ線左側(cè)

iT<ICM，NM線下方

Pt=vT×iT，功率限制線左下側(cè)10103.2引入L、C緩沖電路的軟開關(guān)

3.2.1全控型開關(guān)管LCRD復(fù)合緩沖器緩沖電路由Ls、Cs、Ds、Rs組成，T表示全控型開關(guān)管GTO、BJT、IGBT、P-MOS。串聯(lián)電感Ls用于開通緩沖vT，類似于線路電感Lσ≠0(b)中的AQEC，開通時(shí)iT↑，使vT

=VD-LσdiT/dt=VD-LσIo/tri=VQ<VD11113.2.1全控型開關(guān)管LCRD復(fù)合緩沖器(續(xù)1)并聯(lián)電容Cs用于關(guān)斷緩沖vT關(guān)斷T時(shí)，rT↑，

vT=rT×iT↑，在vT<VD時(shí)，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=vT充電上升。若在tfi期間，iT→0，iC→Io，使12123.2.1全控型開關(guān)管LCRD復(fù)合緩沖器(續(xù)2)此后，T已關(guān)斷，iL繼續(xù)對(duì)Cs充電到iL=0，VC=VT=VCEP，解VD、LS、CS電路微分方程，得到：最后，Vo=VCEP經(jīng)RS對(duì)電源放電，使iC=iR→0。VC=VT=VD，關(guān)斷軌跡為CAPA。13133.2.1全控型開關(guān)管LCRD復(fù)合緩沖器(續(xù)3)缺點(diǎn)：通態(tài)vC=0，斷態(tài)vC=vD，開關(guān)一次，C充放電一次。

：1414例題3.1(BookP.254)BUCKDC/DC變換器VD=200V，Io=10A，Vo=100V，fs=20KHz，Po=1KW。tri=tfr=tfi=trv，Ls=3μH，Cs取為臨界關(guān)斷電容，Rs=40Ω，求開關(guān)損耗并畫出開關(guān)軌跡。解：無緩沖電路時(shí)，Pon，Poff

臨界關(guān)斷緩沖電容

計(jì)算得：有復(fù)合緩沖器電路時(shí)，VCEP=300V，比VD高50％

VQ=160V，只比VD小20％

P’off=3.125W<<Poff=37.5Wp’on=30W，僅比Pon小20％15153.2.2電力二極管、晶閘管的RC緩沖器由上例，串聯(lián)電感Ls(開通緩沖)對(duì)減少開通損耗作用不大，同時(shí)Ls使關(guān)斷時(shí)vT增大到VCEP(超過VD50％)，為了簡化緩沖電路，常不引入串聯(lián)電感Ls(a)(a)(a)所示R、C、D緩沖電路常用于保護(hù)晶閘管(a)再取消DS，僅有RS、CS的緩沖電路常用于保護(hù)電力二極管16163.2.3P-MOSFET、IGBT的限幅箝位緩沖器:C、D、R關(guān)斷過程：

①rT↑，在vT從0↗VD期間D0、D仍反偏截止，iL=iT=Io，工作點(diǎn)從C→B②vT略大于VD后，D0導(dǎo)電，iT↘0的tfi期間，iC經(jīng)D使C充電，VC=VT↑，D導(dǎo)電使iT從Io→0通態(tài)時(shí)，iL=iT=Io，D0、D截止，C充電到VC=VD1717①C→B②B→M③M→P，iT=0，VC=VT=VCM=VTM后，T關(guān)斷，iL繼續(xù)對(duì)C充電,iL=0時(shí)vC=vT=VTP=VCP3.2.3P-MOSFET、IGBT的限幅箝位緩沖器(續(xù)1)18183.2.3P-MOSFET、IGBT的限幅箝位緩沖器(續(xù)2)④P→A，vC=vT經(jīng)L、電源、R放電至VD

，關(guān)斷軌跡為：C→B→M→P→A斷態(tài)時(shí)，iT=0，VT=VC=VD，D0續(xù)流開通過程：①A→F，加VG后，rT↓，iT=iL↗Io的tri期間，D0仍導(dǎo)電，vT↓，C經(jīng)T、R放電，D截止，iT=Io時(shí)，工作點(diǎn)從A→F19193P-MOSFET、IGBT的限幅箝位緩沖器(續(xù)5)有Lσ時(shí)，關(guān)斷過程CBHPA，比Lσ=0時(shí)CBA差臨界關(guān)斷緩沖電容3P-MOSFET、IGBT的限幅箝位緩沖器(續(xù)4)VG后，rT↓，iT=Io.開通過程：①A→F，加VG后，rT↓，iT=iL↗Io的tri期間，D0仍導(dǎo)電，vT↓，C經(jīng)T、R放電，D截止，iT=Io時(shí)，工作點(diǎn)從A→F?關(guān)斷：通態(tài)（C）→斷態(tài)（A）iT<ICM，NM線下方3P-MOSFET、IGBT的限幅箝位緩沖器(續(xù)1)開通：在tri期間，rT↓，iT↗Io之前，D仍導(dǎo)電，vT=VD,A→B。4V(不大，Poff小)?Lf大，開關(guān)過程中ifIo不變r(jià)T從∞→0，iT從0線性上升至Io，2線路電感Lσ≠0時(shí)開通、關(guān)斷過程緩沖電路由Ls、Cs、Ds、Rs組成，T表示全控型開關(guān)管GTO、BJT、IGBT、P-MOS。254)BUCKDC/DC變換器VD=200V，Io=10A，Vo=100V，fs=20KHz，Po=1KW。rT↓，iT≡Io，vT→0，3.2.3P-MOSFET、IGBT