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廣義軟開關(guān)技術(shù)

出處:wahahacat 發(fā)布于:2008-10-07 09:44:10

  由圖3可知,無源無損或有源無損(Active Loss-Less)吸收電路的作用,使開關(guān)軌跡ivˉuv向坐標(biāo)軸靠近,從而大大減少了開關(guān)損耗??梢哉J(rèn)為是吸收電路“軟化”了開關(guān)軌跡,或者“軟化”了開關(guān)過程。利用這種原理如果能設(shè)計(jì)出一種吸收電路,使圖3所示的開關(guān)軌跡iv-uv沿著坐標(biāo)軸變化(或逼近坐標(biāo)軸),則開關(guān)損耗很小或接近于零,有如零開關(guān)(ZV/ZCS)轉(zhuǎn)換器,如果使轉(zhuǎn)換器實(shí)現(xiàn)零開關(guān),則也是一種傳統(tǒng)意義上的軟開關(guān)技術(shù)。把用吸收電路使開關(guān)過程軟化的技術(shù),叫做廣義軟開關(guān)技術(shù)。

  圖1給出了硬開關(guān)、廣義軟開關(guān)、零開關(guān)三種開關(guān)過程,顯示出開關(guān)器件電壓uv和電流iv波形在不同開關(guān)過程中的交疊(Over-lap)情況。

 ?。ǎ保校祝陀查_關(guān)過程,由圖1(a)可見,電壓uv和電流iv在開關(guān)過程中的交疊部分多,這是硬開關(guān)過程中開關(guān)損耗的原因。

 ?。ǎ玻┝汩_關(guān)過程(Zero?。郑铮欤簦幔纾澹茫酰颍颍澹睿簟。樱鳎椋簦悖瑁椋睿纾妷海酰龊碗娏鳎椋鰶]有交疊,開關(guān)損耗為零。電壓下降到零后開通,電流才上升(即零電壓開通ZCS,Zero Current?。樱鳎椋簦悖瑁欤睿纾螂娏飨陆档搅愫箨P(guān)斷,電壓才上升(即零電流關(guān)斷ZCB,Zero Current?。樱鳎椋簦悖瑁椋睿纾Q為ZV/ZCS軟開關(guān)。

 ?。ǎ常V義稱開關(guān)(Generalized?。樱铮妫簟。樱鳎椋簦悖瑁椋睿纾┻^程,無源/有源“無損”吸收網(wǎng)絡(luò),具有“軟化”開關(guān)過程,降低du/dt/、di/dt降低電流/電壓變化斜率的功能,使開關(guān)管上的電壓uv和電流iv在開關(guān)過程中交疊部分,大幅度降低了開關(guān)損耗,吸收網(wǎng)絡(luò)本身的損耗非常小,可以稱為“低損軟開關(guān)”。

  有源/無損吸收電路中,除了包含有L、C、D元件外,還包含有源器件——輔助開關(guān)管。在這種情況下,有源無損吸收電路與ZV/ZCS軟開關(guān)電路就不易嚴(yán)格區(qū)分了。實(shí)際上,某些ZV/ZC軟開關(guān)技術(shù),就是一種典型的有源無損吸收技術(shù)。

  圖2為一個(gè)PWM?。模茫模秒p管正激式轉(zhuǎn)換器采用有源無損吸收電路實(shí)現(xiàn)軟開關(guān)的例子。吸收電路的組成部分為輔助開關(guān)管V3、吸收電感Lv,吸收電容C1,C2,以及二極管D1,D2。

  其原理可以簡(jiǎn)述如下:設(shè)主開關(guān)管V1、V2(IGBT)及輔助開關(guān)管V3同時(shí)開通?;芈分须姼校蹋鱿拗屏酥鏖_關(guān)管V1、V2開通電流的上升斜率,使開通損耗減小。令開關(guān)管V1先關(guān)斷,變壓器電流使電容C2充電,已知電容電壓不能躍變,因而V1電壓上升斜率受到限制,使其關(guān)斷損耗減小。令V3先于V2關(guān)斷,當(dāng)V2關(guān)斷時(shí),變壓器電流使C1充電,和V1關(guān)斷的情況相同,關(guān)斷損耗減小了。

  變壓器的磁場(chǎng)能和電感Lv的儲(chǔ)能反饋回電源,開關(guān)管V3可以實(shí)現(xiàn)ZV開通和關(guān)斷,開關(guān)管V1和V2不是ZV開通,也不是ZC關(guān)斷。但所用的有源無損吸收電路確實(shí)有效地軟化了開關(guān)過程。

  圖3為圖2電路的仿真結(jié)果,給出了主開關(guān)管的關(guān)斷電壓上升斜率與吸收電容值的關(guān)系,虛線表示關(guān)斷損耗??梢娷浕?,吸收電容改變了關(guān)斷電壓上升斜率和關(guān)斷損耗。吸收電容值越大,則關(guān)斷電壓上升斜率越小,關(guān)斷損耗電越小。IGBT關(guān)斷時(shí),關(guān)斷電流有明顯的拖尾現(xiàn)象,如不采取軟化措施,關(guān)斷損耗將更大。

  值得一提的是,吸收電路可以抑制電力電子系統(tǒng)中開關(guān)器件的浪涌電壓或電流,使電路中的儲(chǔ)能被有效利用或反饋到電源,從雨將器件電壓鉗位在某一范圍內(nèi)。根據(jù)這一鉗位作用原理,⒛世紀(jì)80年代初,有人提出了有源鉗位轉(zhuǎn)換器,也有的文獻(xiàn)就從鉗位功能的角度來分析軟開關(guān)技術(shù)的發(fā)展。

  


  
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