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軟開關是使用軟開關技術的開關過程。理想的軟開關過程是電流或電壓先降到零,電壓或電流再緩慢上升到斷態(tài)值,所以開關損耗近似為零。軟開關能夠實現功率變換器件的高頻化。
軟開關是使用軟開關技術的開關過程。理想的軟開關過程是電流或電壓先降到零,電壓或電流再緩慢上升到斷態(tài)值,所以開關損耗近似為零。軟開關能夠實現功率變換器件的高頻化。軟開關電路中增加了諧振電感Lr和諧振電容Cr,與濾波電感L、電容C相比,Lr和Cr的值小得多,同時開關增加了反并聯二極管,而硬開關電路中不需要這個二極管。降壓型零電壓開關準諧振電路中,在開關過程前后引入諧振,使開關開通前電壓先降到零,關斷前電流先降到零,消除了開關過程中電壓、電流的重疊,從而大大減小甚至消除開關損耗,同時,諧振過程限值了開關過程中電壓和電流的變化率,使開關噪聲減小。
軟開關是使用軟開關技術的開關過程。理想的軟開關過程是電流或電壓先降到零,電壓或電流再緩慢上升到斷態(tài)值,所以開關損耗近似為零。軟開關能夠實現功率變換器件的高頻化。軟開關電路中增加了諧振電感Lr和諧振電容Cr,與濾波電感L、電容C相比,Lr和Cr的值小得多,同時開關增加了反并聯二極管,而硬開關電路中不需要這個二極管。降壓型零電壓開關準諧振電路中,在開關過程前后引入諧振,使開關開通前電壓先降到零,關斷前電流先降到零,消除了開關過程中電壓、電流的重疊,從而大大減小甚至消除開關損耗,同時,諧振過程限值了開關過程中電壓和電流的變化率,使開關噪聲減小。
軟開關(Soft-Switching)是相對硬開關(Hard-Switching)而言的。通過在開關過程前后引入諧振,使開關開通前電壓先降到零,關斷前電流先降到零,就可以消除開關過程中電壓、電流的重疊,降低它們的變化率,從而大大減小甚至消除開關損耗。同時的,諧振過程限制了開關過程中電壓和電流的變化率,這使得開關噪聲也顯著減小。這樣的電路被稱為軟開關電路,而這樣的開關過程也被稱為軟開關(Soft-Switching)。[1] 理想的軟關斷過程是電流先降到零,電壓再緩慢上升到斷態(tài)值,所以關斷損耗近似為零。由于器件關斷前電流已下降到零,解決了感性關斷問題。理想的軟開通過程是電壓先降到零,電流再緩慢上升到通態(tài)值,所以開通損耗近似為零,器件結電容的電壓亦為零,解決了容性開通問題。同時,開通時,二極管反向恢復過程已經結束,因此二極管反向恢復問題不存在。[2]
實現方式
軟開關是電器回路中用于連通和切斷負載的一種方式和裝置,這種方式系指負載的切斷和接通不是瞬間突然地完成,而是逐漸地由小到大完成接通過程,逐漸地由大到小完成切斷過程?,F實中的軟開關可見于照明回路,對于一盞燈開啟時由不亮到微亮再到全亮逐漸地緩慢地完成,關閉過程則相反。軟開關的引入可以避免燈光突然變化給人眼造成的刺激,特別在全黑暗的情況下更為重要。現實中軟開關的實現方式有:對于白熾燈等電阻性負載常常使用可控硅調節(jié)導通角的方式來實現當開啟燈光時導通角由0到180度漸變,當燈光關閉時導通角則反過來由180度漸變,這樣便實現了軟開關的開啟和關閉。對于熒光燈類負載則通過調節(jié)占空比的方式來實現。[1]
軟開關分類
零電壓開通◆開關開通前其兩端電壓為零,則開通時不會產生損耗和噪聲?!隽汶娏麝P斷◆開關關斷前其電流為零,則關斷時不會產生損耗和噪聲?!隽汶妷宏P斷◆與開關并聯的電容能延緩開關關斷后電壓上升的速率,從而降低關斷損耗?!隽汶娏鏖_通◆與開關串聯的電感能延緩開關開通后電流上升的速率,降低了開通損耗。在很多情況下,不再指出開通或關斷,僅稱零電壓開關和零電流開關。簡單的利用并聯電容實現零電壓關斷和利用串聯電感實現零電流開通一般會給電路造成總損耗增加、關斷過電壓增大等負面影響,因此是得不償失的。
軟開關電路編輯主要開關過程為軟開關的電路稱為軟開關電路。根據軟開關技術發(fā)展的歷程,分為以下三類:準諧振電路,零開關PWM電路,零轉換PWM電路。
什么是軟開關和硬開關
硬開關:
1.開關損耗大。開通時,開關器件的電流上升和電壓下降同時進行;關斷時,電壓上升和電流下降同時進行。電壓、電流波形的交疊產生了開關損耗,該損耗隨開關頻率的提高而急速增加。2.感性關斷電尖峰大。當器件關斷時,電路的感性元件感應出尖峰電壓,開關頻率愈高,關斷愈快,該感應電壓愈高。此電壓加在開關器件兩端,易造成器件擊穿。3.容性開通電流尖峰大。當開關器件在很高的電壓下開通時,儲存在開關器件結電容中的能量將以電流形式全部耗散在該器件內。頻率愈高,開通電流尖峰愈大,從而引起器件過熱損壞。另外,二極管由導通變?yōu)榻刂箷r存在反向恢復期,開關管在此期間內的開通動作,易產生很大的沖擊電流。頻率愈高,該沖擊電流愈大,對器件的安全運行造成危害。4.電磁干擾嚴重。隨著頻率提高,電路中的di/dt和dv/dt增大,從而導致電磁干擾(EMI)增大,影響整流器和周圍電子設備的工作。
軟開關:
上述問題嚴重阻礙了開關器件工作頻率的提高。近年來開展的軟開關技術研究為克服上述缺陷提供了一條有效的途徑。和硬開關工作不同,理想的軟關斷過程是電流先降到零,電壓在緩慢上升到斷態(tài)值,所以關斷損耗近似為零。由于器件關斷前電流已下降到零,解決了感性關斷問題。理想的軟開通過程是電壓先降到零,電流在緩慢上升到通態(tài)值,所以開通損耗近似為零,器件結電容的電壓亦為零,解決了容性開通問題。同時,開通時,二極管反向恢復過程已經結束,因此二極管方向恢復問題不存在。
軟開關的分類
根據開關元件開通和關斷時電壓電流狀態(tài),可分為零電壓電路和零電流電路兩大類。根據軟開關技術發(fā)展的歷程可以將軟開關電路分成準諧振電路、零開關PWM電路和零轉換PWM電路。
1.零電壓開關
①零電壓開通:開關開通前其兩端電壓為零開通時不會產生損耗和噪聲。
?、诹汶妷宏P斷:與開關并聯的電容能延緩開關關斷后電壓上升的速率,從而降低關斷損耗。
2.零電流開關
①零電流關斷:開關關斷前其電流為零關斷時不會產生損耗和噪聲。
②零電流開通:與開關串聯的電感能延緩開關開通后電流上升的速率,降低了開通損耗。
3.準諧振電路
準諧振電路中電壓或電流的波形為正弦半波,因此稱之為準諧振。是最早出現的軟開關電路。其電壓峰值很高,要求器件耐壓必須提高;諧振電流有效值很大,電路中存在大量無功功率的交換,電路導通損耗加大;諧振周期隨輸入電壓、負載變化而改變,因此電路只能采用脈沖頻率調制方式來控制。準諧振電路可分類為零電壓開關準諧振電路、零電流開關準諧振電路、電壓開關多諧振電路、用于逆變器的諧振直流環(huán)節(jié)電路。
4.零開關PWM電路
引入了輔助開關來控制諧振的開始時刻,使諧振僅發(fā)生于開關過程前后。其電路在很寬的輸入電壓范圍內和從零負載到滿載都能工作在軟開關狀態(tài);電路中無功功率的交換被削減到最小,這使得電路效率有了進一步提高。零開關PWM電路可分類為零電壓開關PWM電路、零電流開關PWM電路。
5.零轉換PWM電路
采用輔助開關控制諧振的開始時刻,但諧振電路是與主開關并聯的。其特點為電路在很寬的輸入電壓范圍內和從零負載到滿載都能工作在軟開關狀態(tài);電路中無功功率的交換被削減到最小,這使得電路效率有了進一步提高。零轉換PWM電路可分為零電壓轉換PWM電路、零電流轉換PWM電路。
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