三电平直流变换器软开关技术的研究

三电平直流变换器软开关技术的研究摘要：分析和比较了三电平直流变换器各种软开关拓扑的工作原理和主要特点，并讨论了其研究应用现状和发展前景，对三电平直流变换器软开关技术的研究方向提出了建议。

1引言

近年来，随着电力电子技术的发展，对直流变换装置的要求越来越高，尤其是在高压大功率应用场合。为了减小高压大功率变换器开关器件的电压应力，提出了三电平直流变换器的方案，该方法可使开关管的电压应力是输入直流电压的一半。

为了提高三电平直流变换器的动态性能和静态性能，同时减小输出滤波器的体积、重量和造价，则希望三电平直流变换器的工作频率越高越好。但是，由于功率开关器件的非理想特性，通常功率开关器件是在电压不为零的情况下开通，在电流不为零的情况下关断，这种开关过程称为硬开关过程。在硬开关状态下工作的功率变换器，随着开关频率的上升，一方面开关器件的开关损耗会成正比地增大，使电路的效率大大降低，处理功率的能力大幅度减小；另一方面，过高的dv/dt和di/dt会产生越来越严重的电磁干扰（EMI）。为克服三电平直流变换器在硬开关状态下工作的诸多问题，提出了各种各样的软开关技术，以达到在提高功率变换器开关频率的同时，降低开关损耗和减少由开关引起的EMI[1]。

2三电平直流变换器[2]

随着电力电子技术的发展，对电能变换装置的要求越来越高，特别是对输入功率因数的要求越来越高。三相功率因数校正变换器输出电压一般为DC760～800V，有时甚至达到1000V，这就要求提高后级直流变换器开关管的电压定额，使得很难选择合适的开关管。为了克服这个问题，Barbi教授提出了三电平直流变换器(Three－levelConverters)的概念，在该变换器中，开关管的电压应力是输入直流电压的一半。

三电平直流变换器的基本电路如图1所示。电

图1基本的三电平直流变换器

图2零电压开关三电平直流变换器

容Cd1和Cd2容量相等，并且很大，它们的电压均为输入直流电压的一半，即

Ud1=Ud2=Uin/2。VD5和VD6为钳位二极管，通过控制四只开关管VT1～VT4，在A、B 两点得到了一个幅值为Uin/2的交流方波电压uAB。经过高频变压器和输出整流桥后，在C、D两点得到幅值为Uin/2N的直流脉冲电压，再经过输出滤波后得到输出直流电压U0。N是变压器的原副边匝数比。通过调节uCD的占空比，就可以调节输出电压U0。

3三电平直流变换器的软开关技术如前所述，为了提高开关频率，必须实现开关管的软开关。目前相关文献已提出了几种软开关三电平直流变换器，大体上可分为两类：零电压开关(Zero Voltage Switching)三电平直流变换器[3]和零电压/零电流开关

(Zero Voltageand Zero CurrentSwitching)三电平直流变换器[5]。

3.1零电压开关三电平直流变换器

零电压开关三电平直流变换器[3]是在基本直流变换器的基础上，外加了变换电感和电容。如图2所示，C1、C2、C3、C4是开关管的结电容，L1k是变换电感，由外部电感和变压器的漏感组成。零电压开关三电平直流变换器利用结电容C1、C2、C3、C4实现各开关管的零电压关断；通过储存在变换电感L1k中的能量对结电容进行充放电，使相应的结电容两端电压达到零，借此来实现开关管的零电压开通。

该电路的优点是：

1）电路拓扑结构简单；

2）负载波动不大时，基本上实现了零电压开关；

3）开关管的电压应力是输入直流电压的一半。

该电路的缺点是：

1）虽然开关管VT1和VT4利用折算到变压器原边的输出滤波电感(其数值很大)和变换电感很容易实现零电压开关，但是VT2和VT3只能利用变换电感来实现零电压开关，由于变换电感一般较小，在负载较小时，其能量不足以实现零电压开关；2）在零状态时，一次侧不向负载提供能量，但一次侧有环流存在，在开关管和变压器的原边绕组中将产生通态损耗，影响了功率变换器的效率。

3.2宽负载范围零电压开关三电平直流变换器

为了克服图2所示电路中当负载较轻时，变换电感L1k中的能量不足以实现内部开关管的零电压开关的问题，文献[4]提出了宽负载范围零电压开关三电平直流变换器，电路图如图3所示。电路中增加了由电容Ca1、Ca2和电感Lak组成的辅助变换电路。该电路通过开关管的结电容实现开关管的零电压关断。当负载较轻时，储存在变换电感L1k中的能量较少，不足以实现内部开关管的软开通，该电路通过辅助变换电路，利用辅助变换电感Lak

中的能量帮助变换电感L1k对结电容进行充放电，使VT2和VT3两端电压达到零，借此来实现内部开关管的零电压开通。

该电路的优点是：

1）克服了内侧开关管在负载较轻时，不能实现软开通的缺点，在相当宽的负载范围内，均可实现开关管的零电压开关；

2）开关管的电压应力是输入直流电压的一半。

该电路的缺点是：

1）在零状态时，一次侧环流仍然存在，影响了功率变换器的效率；

2）辅助变换电路的增加，尤其是辅助变换电感Lak的增加，导致了环流能量的增加，因此造成了通态损耗的增加，降低了功率变换器的效率。

3.3零电压零电流开关三电平直流变换器

为了消除零电压开关三电平直流变换器零状态时变压器原边存在的环流，美国的

F.Canales提出了

图3宽负载范围零电压开关三电平直流变换器

控制技术

图4零电压零电流开关三电平直流变换器（1）

图5零电压零电流开关三电平直流变换器（2）

图6零电压零电流开关三电平直流变换器（3）

零电压零电流开关三电平直流变换器[5]，实现了开关管VT1、VT4的零电压开关和开关管VT2、VT3的零电流开关，并消除了零电压开关三电平直流变换器零状态时变压器原边存在的环流，减少了通态损耗，提高了功率变换器的效率。

电路图如图4所示。这个电路和零电压开关三电平直流变换器的主要差别在于：增加了联结电容Css以及在变压器二次绕组中增加了辅助开关SAUX和钳位电容CAUX，联结电容Css分别将外侧管VT1、VT4和内侧管VT2、VT3的开关过程连接起来，在变换器稳态工作时，电容Css的电压恒为Uin/2。辅助开关SAUX和钳位电容CAUX使变压器一次侧电流复位为零，以实现内侧开关管的零电流开关。外侧开关管VT1和VT4利用结电容C1和C4实现了零电压关断；利用漏感和输出电感中的能量对结电容C1和C4进行充放电，使VT1和VT4两端电压达到零，借此实现外侧开关管的零电压开通。当变换器处于零状态时，辅助开关SAUX接通，钳位电容CAUX两端的电压反映到变压器的一次绕组并加在漏感L1k 的两端，变压器一次侧的电流以斜率NUAUX/L1k线性下降到零，借此来实现内侧开关管的零电流开关；同时由于一次侧电流为零，不能提供负载电流，此时负载的能量由钳位电容CAUX来提供。

该电路的优点是：

1）在很宽的负载范围内，实现了外侧开关管的零电压开关和内侧开关管的零电流开关，且不受负载范围和输入电压的影响；

2）消除了零状态时变压器一次侧存在的环流，减少了通态损耗，提高了功率变换器的效率；

3）开关管的电压应力是输入直流电压的一半。

该电路的缺点是：增加了辅助开关，电路较复杂。

目前，文献[6]提出了另外一种零电压零电流开关三电平直流变换器，电路图如图5所示。它采用了阻断电容Cb作为阻断电压源，使变压器一次侧电流在零状态时减小到零，从而实现内侧开关管的零电流开关。零状态时，由于一次侧电流减小，不足以提供负载电流，此时输出整流管VDR1和VDR2同时导通，使变压器一、二次侧电压均为零，因此阻断电容Cb的电压全部加在饱和电感和漏感两端，使一次侧电流很快减小到零。利用结电容C1和C4实现了外侧开关管的零电压关断；利用漏感和输出电感中的能量对结电容C1和C4

进行充放电，使VT1和VT4两端电压达到零，借此实现外侧开关管的零电压开通。

为了防止一次侧电流在零状态时减小到零后继续反方向流动，必须切断一次侧电流的反向通路，在变压器一次电路中，串入一个饱和电感Ls，在零状态时，饱和电感工作在线性状态，防止一次电流反向流动。在＋1状态和－1状态时，饱和电感工作在饱和状态。

该电路有两个缺点：

1）饱和电感损耗较大，限制了开关频率的提高；

2）饱和电感较难设计，容易导致较大的占空比

丢失。

文献[7]提出了另外一种零电压零电流开关三电平直流变换器，电路图如图6所示。为了防止变压器一次侧电流在零状态时减小到零后继续反方向流动，在VT2和VT3中分别串入二极管VD2和VD3，消除了

三电平直流变换器软开关技术的研究

加入饱和电感后带来的负作用。

4结语

由以上的分析可以看出，零电压开关三电平直流变换器在负载较小时不足以实现内侧开关管的零电压开关，而且在零状态时，变压器一次侧存在环流，降低了变换器的效率；宽负载范围零电压开关三电平直流变换器虽然克服了内侧开关管在负载较轻时不能实现软开通的缺点，但是在零状态时，变压器一次侧环流仍然存在。零电压零电流开关三电平直流变换器在很宽的负载范围内，不仅实现了所有开关管的零电流开关，使之不受负载范围和输入电压的影响，而且消除了零状态时变压器一次侧存在的环流，提高了变换器的效率。因此，可以预言在三电平直流变换器软开关技术中，零电压零电流开关三电平直流变换器将成为研究热点，并将应用于工程实践中。参考文献

自激式软开关变换器(ZVS)教程

自激式软开关变换器(ZVS)教程

前言 第一章关于本电路 第二章ZVS的工作原理 第三章ZVS的元件选择 第四章ZVS的拓展应用之 电磁枪配套升压器 第五章ZVS的拓展应用之 基于ZVS的滞后反馈升压器第六章ZVS的拓展应用之 高效电鱼机

ZVS电路对于各位来说可能并不陌生，可能很多同学都制作过数十个ZVS电路了。ZVS的最经常用途是驱动高压包拉弧，zvs具有简单、功率大、发热小效率高等优点。在此提醒一下各位，不要不加思索地一味重复制作某个电路，DIY<>纯粹的组装。本教程将介绍ZVS 的背景、工作原理、制作经验和高级应用方式（这是亮点！）同时带领各位领悟DIY的真谛！

第一章关于本电路 相信很多人看到了很熟悉的那个电路。这就是自激式软开关变换器，常被大家称为ZVS。值得一提的是，ZVS是一种电路工作模式的名称（Zero voltage switch，零电压开关），用于描述在开关电源中功率管在其两端电压为零时进行开关动作，此时没有开关损耗。本电路的功率管正是由于工作在ZVS模式又加上太著名了所以被称为ZVS……（下文中ZVS代表本电路） ZVS是一种Royer变换器，那么Royer是啥？可能很多同学第一次听说这个名词，下面让我为大家分解。 1955年美国的科学家罗那（G.H.Royer）首先研制成功了利用磁芯的饱和来进行自激振荡的晶体管直流变换器。此后，利用这一技术的各种形式的精益求精直流变换器不断地被研制和涌现出来，从而取代了早期采用的寿命短、可靠性差、转换效率低的旋转和机械振子示换流设备。由于晶体管直流变换器中的功率晶体管工作在开关状态，所以由此而制成的稳压电源输出的组数多、极性可变、效率高、体积小、重量轻，因而当时被广泛地应用于航天及军事电子设备。由于那时的微电子设备及技术十分落后，不能制作出耐压高、开关速度较高、功率较大的晶体管，所以这个时期的直流变换器只能采用低电压输入。 此后Royer类变换器一直没有停止发展，先后出现了： 三极管ZCS（用于LCD背光照明CCFL，本教程不多作介绍）

开关电源之软开关技术在开关电源中的应用阐述

开关电源之软开关技术在开关电源中的应用阐述 开关电源中的硬开关和软开关是针对开关晶体管而言的。硬开关是不管 开关管上的电压或电流，强行接通或关断开关管。当开关管(漏极和源极之间，或者集电极和发射极之间)的电压及电流较大时，切换开关管，由于开关管状态间的切换(由导通到截止，或由截止到导通)需要一定的时间，这样就会造 成在开关管状态切换的某一段时间内，电压和电流有一个交越区域，这个交 越造成的开关管损耗(开关管的切换损耗)随开关频率的提高而急速增加。 ?若是感性负载，在开关晶体管关断时会感应出尖峰电压。开关频率越高， 关断越快，该感应电压越高。此电压加在开关器件两端，容易造成器件击穿。 ?若是容性负载，在开关晶体管导通瞬间的尖峰电流大。因此，当开关晶体 管在很高的电压下接通时，储存在开关晶体管结电容中的能量将以电流形式 全部耗散在该器件内。频率越高，开通电流尖峰越大，从而会引起开关管的 过热损坏。 ?另外，在次级高频整流回路中的二极管，在由导通变为截止时，有一个反 向恢复期，开关晶体管在此期间内接通时，容易产生很大的冲击电流。显然 频率越高，该冲击电流也越大，对开关晶体管的安全运行造成危害。 ?最后，做硬开关运用的开关电源中，开关晶体管会产生严重的电磁骚扰。 随着频率的提高和电路中的di/dt和du/dt增大，所产生的电磁骚扰也在增大，影响开关电源本身和周围电子设备的正常工作。 ?上述问题严重阻碍了开关器件(开关晶体管和高频整流二极管)工作频率的 提高。近年来开展的软开关技术研究为克服上述缺陷提供了一条有效的途径。和硬开关工作原理不同，理想的软关断过程是电流先降小到零，电压在缓慢

软开关技术在开关电源中的应用

软开关技术在开关电源中的应用 开关电源中的硬开关和软开关是针对开关晶体管而言的。 硬开关是不管开关管上的电压或电流，强行接通或关断开关管。当开关管(漏极和源极之间，或者集电极和发射极之间)的电压及电流较大时，切换开关管，由于开关管状态间的切换(由导通到截止，或由截止到导通)需要一定的时间，这样就会造成在开关管状态切换的某一段时间内，电压和电流有一个交越区域，这个交越造成的开关管损耗（开关管的切换损耗）随开关频率的提高而急速增加。 开关管的切换损耗与开关管的负载特性有关： 若是感性负载，在开关晶体管关断时会感应出尖峰电压。开关频率越高，关断越快，该感应电压越高。此电压加在开关器件两端，容易造成器件击穿。 若是容性负载，在开关晶体管导通瞬间的尖峰电流大。因此，当开关晶体管在很高的电压下接通时，储存在开关晶体管结电容中的能量将以电流形式全部耗散在该器件内。频率越高，开通电流尖峰越大，从而会引起开关管的过热损坏。 另外，在次级高频整流回路中的二极管，在由导通变为截止时，有一个反向恢复期，开关晶体管在此期间内接通时，容易产生很大的冲击电流。显然频率越高，该冲击电流也越大，对开关晶体管的安全运行造成危害。 最后，做硬开关运用的开关电源中，开关晶体管会产生严重的电磁骚扰。随着频率的提高和电路中的di/dt 和du/dt增大，所产生的电磁骚扰也在增大，影响开关电源本身和周围电子设备的正常工作。 上述问题严重阻碍了开关器件（开关晶体管和高频整流二极管）工作频率的提高。近年来开展的软开关技术研究为克服上述缺陷提供了一条有效的途径。和硬开关工作原理不同，理想的软关断过程是电流先降小到零，电压在缓慢上升到断态值，所以关断损耗近似为零。由于器件关断前电流已经下降到零，便解决了感性关断问题。理想的软开通过程是电压先降到零，电流在缓慢上升到通态值，所以开通损耗近似为零，器件结电容的电压也为零，解决了容性开通问题。同时，开通时，二极管反向恢复过程已经结束，因此二极管反向恢复问题不存在。 软开关技术还有助于电磁骚扰水平的降低，其原因是开关晶体管在零电压的情况下导通和在零电流的情况下关断，同时快恢复二极管也是软关断的，这可以明显减小功率器件的di/dt和du/dt，从而可以减小电磁干扰的电平。 一般来说软开关的效率较高(因为没有切换损)；操作频率较高，PFC或变压器体积可以减少，所以开关电源的体积可以做到更小。但成本也相对较高，设计较复杂

DCDC功率变换器软开关技术及Pspice仿真.

DC/DC功率变换器软开关技术及Pspice仿真 引言随着生产技术的发展，电力电子技术的应用已深入到工业生产和社会生活的各方面，目前功率变换器的开关变换技术主要采用两种方式：脉宽调制(PWM技术 和谐振变换技术。传统的PWM控制方式由于开关元件的非理想性，其状态变化需要一个过程，即开关元件上的电压和电流不能突变，开关器件是在承受电压或流过电流的情况下接通或断开电路的，因此在开通或关断过程中伴随着较大的损耗。变频器工作频率一定时，开关管开通或关断一次的损耗也是一定的，所以开关频率越高，开关损耗就越大，因而硬开关变换器的开关频率不能太高。相比之下软开关变换器的作用是，当电压加在器件两端或者电流流经器件时，抑制功率器件转换时间间隔, 即软开关的开关管在开通或关断过程中，或是加于其上的电压为零，或是通过器件的电流为零。这种开关方式明显减小了开关损耗，不仅可以允许更高的开关频率以及更宽的控制带宽，同时又可以降低dv/dt 和电磁干扰。本文为了更好地说明不同软开关技术的区别，采用Pspice 软件对其中两种有代表性的变换电路进行了仿真和分析。 图 1 升压半波模式的零电压开关准谐振变换器原理图图 2 开关管通断及其所受电压应力仿真波形图3 升压零电压PW变换器原理图图 4 主副开关管的驱动仿真波形软开关的原理谐振开关技术的核心问题是为器件提供良好的开关工作条件，使得器件在零电压或零电流条件下进行状态转变，从而把器件的开关损耗降到最低水平。软开关下的器件通断可以明显减少功率的开关损耗。减小开关损耗通常有以下两种方法：在开关管开通时，使其电流保持在零或抑制电流上升的变化率，减少电流与电压的重叠区，从而减少开通的功率损耗，即零电流导通；在开关管开通前，减小或消除加在其上的电压，即零电压导通。 减小关断损耗有以下两种方法：开关管关断前，减小或消除加在其上的电流，即零电流关断；开关管关断前，减小或消除加在其上的电压，即零电压关断。 DC/DC变换器 软开关的分类及特点 DC/DC功率变换器目前所采用的几种方法如下：谐振变换器、准谐振变换器和多谐振变换器、零电压开关PWM^换器、零电流开关PWMS换器、零电压转换pwr变换器和零电流转换PW M换器。 谐振变换器 该类变换器实际上是负载谐振型变换器，按照谐振电路的谐振方式，分为串联谐振变换器和并联谐振变换器两类。按负载与谐振电路的连接关系，也可分为两类：一类是负载与谐振回路相串联，称为串联负载谐振变换器；另一类是负载与谐振回路相并联，称为并联负载谐振变换器。在谐振变换器中，谐振元件一直谐振工作，参与能量变换的全过程。其缺点是：该变换器输出性能与负载关系很大，对负载的变化很敏感，电压调节一般采用频率调制方法，滤波电路参数难于选择，并且电路稍显复杂。

【精品】第7章软开关技术

第7章软开关技术 主要内容：软开关技术的分类，各种软开关电路的原理及应用。 电力电子装置高频化 优点：滤波器、变压器体积和重量减小，电力电子装置小型化、轻量化. 缺点：开关损耗增加,电磁干扰增大。 软开关技术的作用：降低开关损耗和开关噪声；进一步提高开关频率。 1软开关的基本概念 （1）硬开关与软开关 硬开关:开关的开通和关断过程伴随着电压和电流的剧烈变化,产生较大的开关损耗和开关噪声。 软开关：在电路中增加了小电感、电容等谐振元件，在开关过程前后引入谐振，使开关条件得以改善。降低开关损耗和开关噪声，软开关有时也被称为谐振开关。 工作原理:软开关电路中S关断后Lr与Cr间发生谐振，电路中电压和电流的波形类似于正弦半波。谐振减缓了开关过程中电压、电流的变化,而且使S两端的电压在其开通前就降为零。 （2）零电压开关与零电流开关

软开关分类: 零电压开关：使开关开通前其两端电压为零,则开关开通时就不会产生损耗和噪声，这种开通方式称为零电压开通，简称零电压开关。 零电流开关:使开关关断前其电流为零，则开关关断时也不会产生损耗和噪声，这种关断方 式称为零电流关断,简称零电流开关。 图7—1零电压开关准谐振电路 及波形 a）电路图b）理想化波形

图7—2硬开关电路及波形 a）电路图b）理想化波形 零电压开通和零电流关断要靠电路中的谐振来实现。 零电压关断：与开关并联的电容能使开关关断后电压上升延缓，从而降低关断损耗，有时称这种关断过程为零电压关断。 零电流开通:与开关相串联的电感能使开关开通后电流上升延缓,降低了开通损耗，有时称之为零电流开通。 简单的利用并联电容实现零电压关断和利用串联电感实现零电流开通一般会给电路造成总损耗增加、关断过电压增大等负面影响，因此是得不偿失的。 2软开关电路的分类 根据开关元件开通和关断时电压电流状态，分为零电压电路和零电流电路两大类。 根据软开关技术发展的历程可以将软开关电路分成准谐振电路、零开关PWM电路和零转换PWM电路。 每一种软开关电路都可以用于降压型、升压型等不同电路，可以从基本开关单元导出具体电路。 图7—3基本开关单元的概念 a）基本开关单元b）降压斩波器中的基本开关单元 c）升压斩波器中的基本开关单元d）升降压斩波器中的基本开关单元 （1)准谐振电路 准谐振电路中电压或电流的波形为正弦半波,因此称之为准谐振。为最早出现的软开关电路，可以分为： 零电压开关准谐振电路（ZVSQRC）;

开关电源及其软开关技术复习提纲-2012(全)(精)

第一章 1. 高频开关电源由哪几部分组成?(画出原理方框图加以说明P3 答:(1主电路 1.输入滤波电器:其作用是将电网存在的杂波过滤,同时也阻碍本机产生的杂音反馈公共电网。 2.整流与滤波:将电网交流电源直接整流为较平滑的直流电,以供下一级变换。 3.逆变:将整流后的直流电变为高频交流电,这是高频开关的核心部分。 4.输出整流滤波:根据负载需要,提供稳定可靠的直流电源。 (2控制电路 1.从输出端取样,经与设定标准进行比较,然后去控制逆变器,改变其频率或脉宽,达到稳定输出。 2.根据测试提供的数据,经保护电路鉴别,控制电路提供对整机进行各种保护措施。 (3检测电路 1.提供保护电路中正在运行中的各种参数 2.提供各种显示仪表数据给值班人员观察,记录。 (4辅助电源 提供所有单一电路所谓不同要求电源。 第二章

1. 串联型线性调整型稳压电源的工作原理、开关型稳压电源的工作原理(包括原理图、电压方程等,以及两种电源的特点(优缺点比较。P5、P8~ P10 答:(1串联型线性调整型稳压电源 工作原理:输入电压E 和输出电压Vo 之间串联着一个可变电阻R W ,在稳态条件下,输入电源E 和输出电压之间,有下述关系: 。当E 或R L 变化时,可以调整R W 的电阻,使输出电压Vo 保持不变。 优点:输入电源向负载连续地提供能量。(稳定性好,输出纹波电压小,使用可靠。缺点:E 和V o 之间的差值越大,流过晶体管的电流越大,晶体管上的功率损耗也越大,稳压电源的效率就越低。(功耗大,效率低,需要大功率调整管。 (2开关型稳压电源 工作原理:开关K 以一定时间间隔重复地接通和断开,当K 接通时,电源E 向负载提供能量;当 K 断开时,电源E 中断对负载提供能。所以电源E 向负载提供能量是断续的。开关电源要有一套储能装置,K 接通时,储存能量。K 断开时,向负载释放。在电路AB 间的电压平均值E AB :E AB =t on /T*E (其中,ton 为开关每次接通时间,T 为开关通断的周期。改变t on /T ,使输出电压E AB 保持不变。 优点:功耗小,效率高,可靠性、稳定性高,重量轻,体积小,适应性强。 2.TRC 控制的方式和特点。P6 答:TRC 控制有脉冲宽度调制方式、脉冲频率调制方式、混合调制方式3种方式。 脉冲宽度调制方式:开关周期恒定,通过改变脉冲宽度来改变占空比的方式。优点:周期恒定,滤波电路容易设计。缺点:连续可调的导通时间很小,会导致电压不稳定,要接一定数量的假负载。

电力电子高频软开关技术特点及其应用

０．引言 电力电子器件在早期应用的ＤＣ－ＤＣＰＷＭ“硬开关”功率变换技术中，功率开关管导通或关断时，由于器件上的电压或电流不等于零。因此功率管的导通和关断都会有较大的功率损耗，而且，开关频率越高，开关损耗越大，变换器效率大为降低；与此同时，随着频率或功率的提高，所产生的ＥＭＩ也同时增大，对周边电器设备和电网的影响也就愈加 严重。因而， 提高开关频率是现代开关变换技术的重要发展方向。开关变换器的高频化可以使变换器的体积、 重量大为减小，从而提高开关变换器的功率密度，提高设备的集成化程度。此外，提高开关频率也有利于降低开关电源的音频噪声和改善动态效应。高频软开关技术在这种要求下应运而生。 １．软开关的基本概念 软开关技术是应用谐振原理，使开关变换器的开关器件中电流或电压按正弦或准正弦规律变化，当开关管电流自然过零时，使开关管关断；或开关管电压自然过零时，使开关管导通，从而使开关管关断和导通损耗为零，实现了开关电源高频化的设计，而且提高了电源效率，降 低了ＥＭＩ的产生。硬开关与软开关在开通损耗、 关断损耗的区别如图１所示。 硬开关：（图１ａ）开关过程中电压和电流均不为零，出现了重叠。电压、电流变化很快，波形出现明显的过冲，导致开关损耗和噪声。 软开关：（图１ｂ）在原电路中增加了小电感、电容等谐振元件，在开关过程前后引入谐振，消除电压、电流的重叠。降低开关损耗和开关噪声。 图１软开关与硬开关电路的开通损耗与关断损耗的比较２．软开关电路的分类 根据开关元件开通和关断时电压电流状态，分为零电压电路和零电流电路两大类。根据软开关技术发展的历程可以将软开关电路分成准谐振电路、零开关ＰＷＭ电路和零转换ＰＷＭ电路。每一种软开关电 路都可以用于降压型、 升压型等不同电路，并可以从基本开关单元导出具体电路。 ２．１准谐振电路 （ａ）零电压开关准谐振电路的基本开关单元（ｂ）零电流开关准谐振电路的基本开关单元（ｃ）零电压开关多谐振电路的基本开关单元 图２准谐振电路的基本开关单元 准谐振电路中电压或电流的波形为正弦半波，因此称之为准谐振。为最早出现的软开关电路，可以分为：零电压开关准谐振电路（ＺＶＳＱＲＣ）； 零电流开关准谐振电路（ＺＣＳＱＲＣ）；零电压开关多谐振电路（ＺＶＳＭＲＣ）； 用于逆变器的谐振直流环节（ＲｅｓｏｎａｎｔＤＣＬｉｎｋ） 。特点： 谐振电压峰值很高，要求器件耐压必须提高；谐振电流有效值很大，电路中存在大量无功功率的交换，电路导通损耗加大； 谐振周期随输入电压、 负载变化而改变，因此电路只能采用脉冲频率调制（ＰｕｌｓｅＦｒｅｑｕｅｎｃｙＭｏｄｕｌａｔｉｏｎ—ＰＦＭ ）方式来控制。２．２零开关ＰＷＭ电路 引入了辅助开关来控制谐振的开始时刻，使谐振仅发生于开关过 程前后。零开关ＰＷＭ电路可以分为：零电压开关ＰＷＭ电路 （Ｚｅｒｏ－Ｖｏｌｔａｇｅ－ＳｗｉｔｃｈｉｎｇＰＷＭＣｏｎｖｅｒｔｅｒ—ＺＶＳＰＷＭ）；零电流开关ＰＷＭ电路（Ｚｅｒｏ－Ｃｕｒｒｅｎｔ－ＳｗｉｔｃｈｉｎｇＰＷＭＣｏｎｖｅｒｔｅｒ—ＺＣＳＰＷＭ）。 （ａ）零电压转换ＰＷＭ电路的基本开关单元（ｂ）零电流转换ＰＷＭ电路的基本开关单元图３零转换ＰＷＭ电路的基本开关单元 特点： 电路在很宽的输入电压范围内和从零负载到满载都能工作在软开关状态。电路中无功功率的交换被削减到最小，这使得电路效率有了进一步提高。 ２．３零转换ＰＷＭ电路 采用辅助开关控制谐振的开始时刻，但谐振电路是与主开关并联的。零转换ＰＷＭ电路可以分为： 零电压转换ＰＷＭ电路（Ｚｅｒｏ－Ｖｏｌｔａｇｅ－ＴｒａｎｓｉｔｉｏｎＰＷＭＣｏｎｖｅｒｔｅｒ—ＺＶＴＰＷＭ）； 零电流转换ＰＷＭ电路（Ｚｅｒｏ－ＣｕｒｒｅｎｔＴｒａｎｓｉｔｉｏｎＰＷＭＣｏｎｖｅｒｔｅｒ—ＺＶＴＰＷＭ）。 特点： 电路在很宽的输入电压范围内和从零负载到满载都能工作在软开关状态。 电路中无功功率的交换被削减到最小，这使得电路效率有了进一步提高。 （ａ）零电压转换ＰＷＭ电路的基本开关单元（ｂ）零电流转换ＰＷＭ电路的基本开关单元图４零转换ＰＷＭ电路的基本开关单元 ３．软开关电路的典型应用３．１零电压开关准谐振电路工作过程：ｔ０￣ｔ１时段：ｔ０时刻之前，开关Ｓ为通态，二极管ＶＤ为断态，ｕＣｒ＝０，ｉＬｒ＝ＩＬ；ｔ０时刻Ｓ关断，与其并联的电容Ｃｒ使Ｓ关断后电压上升减缓，因 此Ｓ的关断损耗减小。 Ｓ关断后，ＶＤ尚未导通。电感Ｌｒ＋Ｌ向Ｃｒ充电，ｕＣｒ电力电子高频软开关技术特点及其应用 西安铁路职业技术学院 樊润洁 李金堂 ［摘要］为了获得更高的性能指标、更高的效率、更高的功率密度，减小电能变换装置引起的电磁污染（ＥＭＩ）和环境污染（噪声等）， 软开关技术已经在功率变换器中得到了广泛的应用。本文对软开关技术的电路进行了一个简单的分类， 并对其工作特点进行扼要的分析。重点对几种典型的软开关电路的工作过程、波形分析进行了剖析论述。［关键词］软开关准谐振电路零电压开关零电流开关（ａ）（ｂ） 关断损耗 通态损耗 开通损耗 关断损耗 通态损耗 开通损耗 （ａ）（ｂ） （ｃ）（ａ）（ｂ） （ａ） （ｂ）

BOOST软开关技术综述

BOOST软开关技术综述 O 引言 近二十年来电力电子技术得到了飞速的发展，已广泛应用到电力、冶金、化工、煤炭、通讯、家电等领域。多数电力电子装置通过整流器与电力网接口，经典的整流器是一个由二极管或晶闸管组成的非线性电路，它会在电网中产生大量电流谐波和无功功率，污染电网，成为电力公害。在20世纪80年代中后期，开关电源有源功率因数校正技术引起了国内外许多学者的重视，进行了许多专题研究并取得了大量成果。 有源功率因数校正技术在整流器与滤波电容之间增加一个DC／DC开关变换器。在各种单相PFC电路拓扑结构中，Boost升压型功率因数校正电路由于具有主电路结构简单，变换效率高，控制策略易实现等优点而得到广泛应用。高频化可以减小有源功率因数校正电路的体积、重量，提高电路的功率密度。为了使电路能够在高频下高效率地运行，有源功率因数校正电路的软开关技术成为重要的研究方向。 本文对单相Boost有源功率因数校正电路软开关技术进行了分类，并对每一类型的电路的拓扑结构、工作方式及工作特点做出了分析。 1.零电压开关(ZVS)PWM功率因数校正电路 ZVS工作方式是指利用谐振现象及有关器件的箝位作用，使开关变换器中开关管的电压在开启或关断过程中维持为零。 图1电路为ZVS功率因数校正电路，也称扩展周期准谐振功率因数校正电路。在辅助开关S1开通时，电感Lr抑制二极管Dr的反向恢复。电感Lr与电容Cf发生谐振至流过开关S1的电流降至输入电流大小。开关S2导通后，电感Lr与电容Cf再次谐振至流过开关S1的电流为O，电容Cr两端电压为Vo,使开关S1、开关S2实现ZV—ZCS关断。电路的不足之处是开关的电流应力比较大。

基于移相全桥软开关技术的应用

基于移相全桥软开关技术的应用1.引言 随着科技的发展，电力电子设备不断更新，电源称为了现代工业、国防和科学研究中不可缺少的电气设备。为了触发、驱动开关变换器的功率开关管，研制适应越来越高性能要求的开关电源，近年来出现了PWM（脉宽调制）型变换器。PWM技术应用广泛，构成的变换器结构简单，它对常用的线性调节电源提出挑战，在减小体积的同时获取更大的功率密度和更高的系统效率[1,2]。为了拓展开关电源的应用场合，电源工作频率逐渐提高，高频化成为其重要发展方向，同时也是减小开关电源尺寸的最有效手段。然而高频PWM 变换器在传统硬开关方式工作下，功率管损耗较为严重，系统效率不高，随着开关频率的逐步提高，损耗相继增大[3,4]。为此，必须采取措施以提高高频开关变换器的效率，人们研究了软开关技术，除了减小开关损耗外，软开关技术应用还大大降低了开关噪声、减小了电磁干扰。 2.软开关技术概况及发展 目前广泛应用的DC-DC PWM功率变换技术是一种硬开关技术。所谓“硬开关”是指功率开关管的开通或者关断是在器件上的电压或者电流不等于零的状态下进行的，即强迫器件在其电压不为零时开通，或电流不为零时关断。 调高开关频率是开关变换技术的重要的发展方向之一。其原因是高频化可以使开关变换器的体积、重量大为减小，从而提高变换器的功率密度。为了使开关电源能够在高频下高效率的运行，高频软开关技术不断的发展，所谓“软开关”指的零电压开关（Zero Voltage Switching, ZVS）或零电流开关（Zero

Current Switching, ZCS）[5]。它是应用谐振原理，使开关变换器的开关器件中电流（或电压）按正弦或准正弦规律变化，当电流自然过零时，使器件关断；或者电压为零时，使器件开通，实现开关损耗为零。 再加入一些说明 3.移相全桥DC-DC技术 传统的全桥（full-bridge简称FB）PWM变换器适用于输出低电压、大功率的情况，以及电源电压和负载变流变换大的场合。其特点是开关频率固定，便于控制[6,7]。为了提高变换器的功率密度，减少单位输出功率的体积和重量，需要将开关频率提高到更高频率上（1MHz级水平）。为了避免开关工程中的损耗随频率增加而急剧上升，人们在移相控制（phase-shifting-control PSC）技术的基础上，利用功率MOS管的输出电容和输出变压器的漏感作为谐振元件，使FB PWM变换器四个开关管依次在零电压下导通，实现横频率软开关，称为PSC FB ZVS-PWM（简称FB ZVS-PWM）变换器[8]。由于减少了开关过程中的损耗，可以保证变换器效率达到80%-90%，并且不会发生开关应力过大的问题。现在FB ZVS-PWM开关变换器已经广泛应用于通信和电源等系统中。 再加入一段话 4.DC-DC变换器的设计 本文应用移相全桥的拓扑结构如所示： 图 1主电路拓扑结构 本文采用变换器在变压器原边串联一个阻断电容，在变压器原边电压等于零时，不仅仅依靠导通管的管压降，而主要是阻断电容上的压降使变压器原边

开关电源中软开关技术的应用分析

开关电源中软开关技术的应用分析 发表时间：2018-07-18T16:07:04.763Z 来源：《科技中国》2018年1期作者：严骅[导读] 摘要：软开关技术是目前开关电源领域中的研究重点，软开关技术的诞生进一步推动了通信电源领域的发展，并在生活、生产实践中得到了广泛的应用，让人们享受到了更加便捷的生产和生活方式。本文针对开关电源中软开关技术的概念进行解读，并针对其具体的应用展开分析。 摘要：软开关技术是目前开关电源领域中的研究重点，软开关技术的诞生进一步推动了通信电源领域的发展，并在生活、生产实践中得到了广泛的应用，让人们享受到了更加便捷的生产和生活方式。本文针对开关电源中软开关技术的概念进行解读，并针对其具体的应用展开分析。 关键词：开关电源；软开关技术；应用 科学技术的发展也带动了开关电源技术的革新，目前，越来越多的人倾向体积小，轻便的开关电源，这是开关电源的一个发展趋势。软开关技术就是在这样的背景下的发展起来的，它符合现代人要求开关电源体积小，质量轻的特点，是一种新型的技术，已经广泛的应用于的各个领域。同时软开关技术还提升了开关电源的质量和使用效率。 一、软开关电源的概述 软开关技术是一种新型的电源技术，它更加符合环保和节能的理念，是开关电源的一次创新。软开关技术的工作原理其实比较简单，就是在电压为零的时候，开关管是通着的，当电流为零的时候，开关管是关闭的，这样就可以有效的保护开关，避免在多次的开关中，因为电流及电压的变化而造成损害。同时，软开关的电路结构也发生了改变，增加了小电感、电容等原件，可以有效的降低开关损耗和噪音，让开关的工作环境更加安全。 在传统的通信电源中，常常会出现空开跳开、模块不均流、保险管断开、防雷器故障、整流模块退出的问题，而软开关技术的应用则有效解决了这一问题。与传统的开关相比，软开关设备体型小，在以往的通信电源中，电容、滤波电感、变压器的重量与体积占据着交稿的比例，降低了电路效率，容易引发电磁干扰问题，而软开关的体积小，就很好的解决了上述难题。软开关技术在开关过程中，理想状态下，软开关过程是电流或电压先降低零，电压或电流再缓慢上升到断态值，所以，开关损耗近似为零。 二、软开关电路的分类 1、准谐振开关电路 准谐振开关电路在各个领域已经有了广泛的应用，这种电路在没有电压的情况下可以正常的使用，在没有电流的情况下就会关闭，可以避免开关受到强电流的刺激。准谐振开关电路是一种变频电源，其中的输出的电压和频率成正比。这种电路情况比较复杂，但是它的效率高，损耗小，是一种比较受欢迎的开关电路。 2、ZVS-PWM开关电路 这种电路也是现阶段经常使用的一种电路，它有诸多的优点，首先ZVS--PWM开关电路的消耗功率比较低，但是效率很高，因此它是一个性价比较高的产品。其次ZVS--PWM开关电路的工作频率也比较高，可以承担长时间的作业。但是这种电路也有一定的弊端，就是在断开开关的时候，里面的电压会瞬间升高，比输入电压高一倍多，会对电路的运行产生不利的影响。 3、ZCT-PWM转换电路 ZCT-PWM转换电路是ZVS-PWM开关电路的延伸，它对ZVS-PWM开关电路的缺点做出了处理，让原先的电路模式转变为零电流转换电路，就避免了开关断开时，电压激增的问题，让电路变得更安全，更有利于使用。 三、开关电源中软开关技术的应用分析 1、磁性元器件多功能化 首先，在软开关工作的时候，产生高频损耗及大量热能的现象经常发生，这是由于在软开关工作的过程中，会有高频的电流流过，产生较大的振幅，从而导致损耗和热能的发生。为了有效的避免这一情况，可以采用空心线圈电感，这样在增大线圈的同时也可以降低损耗。其次，在软开关的使用过程中，一般用变压器代替转换电路，这样可以显著的提升变压器的功效。最后，体积小，质量轻是开关电源发展的趋势，为了有效的减小体积，可以去除里面的直流偏磁，为了保证软开关电源的使用效果不受影响，要加入磁性元件，让各个元件之间相互配合完成工作。 2、逆变器中软开关的应用 逆变器是直流电与交流电的转换电路，在生活中有很广泛的应用，但是逆变器的损耗较大，还会出现浪涌，对于元件会产生一定的损伤，软开关的应用可以很好的解决这一问题，让逆变器在更安全的环境中工作。太阳能电池、燃料电池等是我们在生活中经常用到的产品，它们产生的直流电压也受到高频逆变器的控制从而产生正弦电压，在逆变器中采用软开关技术，可以更好的进行这一操作。 软开关技术也可以应用到电动机的驱动中，在电动机的运行过程中，一般运用传感器进行各种参数的读取，各项电流的检测，将软开关技术应用到电动机的驱动中，可以更好的促进电动机的发展。 3、谐振变换器的应用 谐振变换器已经有多年的发展历史，从上世纪 70年代被研发出来以后，谐振变换器一直被广泛的应用于各个领域。谐振变化器是指负载着谐振的变换器，它是根据PWM变换器的工作原理发展起来的，可以分为并联谐振变换器和串联谐振变换器两种。工作的原理是利用负载谐振对开关中的电流进行处理，达到软开关的要求。这种变化器受负载的影响很大，因此要对负载进行合适的选取。 综上所述，软开关技术在各个领域中已经有了广泛的应用，并且取得了较高的效果，在今后对电源开关进行设计时，可以充分的考虑软开关技术。但是软开关毕竟还是一种新型的电源开关，还存在着一些问题，我们要加大软开关技术的研究，充分挖掘软开关技术的优良性能，让其更好的为我们服务。 参考文献： [1] 米保全,姜毅龙,李许军. 基于ICE2A165的反激式开关电源设计与实现[J]. 自动化应用. 2017(06) [2] 李晴平,赵梦恋. 一种绿色模式开关电源控制芯片设计[J]. 电子技术. 2017(06)

软开关技术综述

软开关技术综述 1 引言 开关电源就是采用功率半导体器件作为开关元件，通过周期性通断开关，控制开元件的占空比来调整输出电压。开关电源的构成框图如图1所示，它由输入电路、变换电路、输出电路和控制电路等组成。功率变换是其核心部分，主要由开关电路和变压器组成。为了满足高功率密度的要求，变换器需要工作在高频状态，开关晶体管要采用开关速度高、导通和关断时间短的晶体臂，最典型的功率开关晶体管有功率晶体管（CTR）、功率场效应管（MOSFET）和绝缘型双极型晶体管（IGBT）等3种。控制方式分为脉宽调制、脉频调制、脉宽和频率混合调制等3种，其中最常用的是脉宽调制（PWM）方式。 图1 开关电源构成框图 从60年代开始得到发展和应用的DC－DC PWM功率变换技术是一种硬开关技术。为了使开关电源在高频状态下也能高效率地运行，国内外电力电子界和电源技术界自70年代以来，不断研究开发高频软开关技术。软开关和硬开关波形比较如图2所示。 图2 软开关和硬开关波形

从图可以看出，软开关的特点是功率器件在零电压条件下导通（或关 断），在零电流条件下关断（或导通）。与硬开关相比，软开关的功率器件在零电压、零电流条件下工作，功率器件开关损耗小。与此同时，du/dt和di/dt大为下降，所以它能消除相应的电磁干扰（EMI）和射频干扰（RFI），提高了变换器的可靠性。同时，为了减小变换器的体积和重量，必须实现高频化。要提高开关频率，同时提高变换器的变换效率，就必须减小开关损耗。减小开关损耗的途径就是实现开关管的软开关，因此软开关技术软开关技术已经成为是开关变换技术的一个重要的研究方向。本文对软开关和硬开关的工作特性进行比较，并对软开关技术进行了详细阐述。 2 硬开关的工作特性 图3是开关管开关时的电压和电流波形。开关管不是理想器件，因此在开关管开关工作时，要产生开通损耗和关断损耗，统称为开关损耗（Switching Loss）。开关频率越高，总的开关损耗越大，变换器的效率就越低。开关损耗的存在限制了变换器开关频率的提高，从而限制了变换器的小型化和轻量化。 图3 开关管开关时的电压和电流波形 传统PWM变换器中的开关器件工作在硬开关状态，硬开关工作的四大缺陷妨碍了开关器件工作频率的提高, 它存在如下问题： （a）开通和关断损耗大：在开通时，开关器件的电流上升和电压下降同时进行；关断时，电压上升和电流下降同时进行。电压、电流波形的交叠致使器件的开通损耗和关断损耗随开关频率的提高而增加。 （b）感性关断问题：电路中难免存在感性元件（引线电感、变压器漏感等寄生电感或实体电感）、当开关器件关断时，由于通过该感性元件的di／dt很大，和dv/dt，

开关损耗及软开关技术

开关损耗及软开关技术 概述 本文简单介绍了开关电路的常见形式，讲述了开关电路开通和截止的过程以及开关损耗产生的原因。最后介绍了减少开关损耗的办法—软开关技术。 开关电路简介 开关是我们经常碰到的一种物品，如电灯的开关，电源的开关，电闸，继电器等。现代电子电路中也经常会使用到开关电路。只不过在电子电路中的开关与上面所提到的机械方式的开关不同,电子电路中的开关一般利用晶体管或场效应管的导通截止特性构成。 开关电路经常出现在电源，功率放大器，电机伺服，音视频切换等电路中。下面举两个例子 开关电源中的开关管(Q) D 类音频功率放大器中的开关管(M1,M2) 从上面两个例子可以看出在功率电子电路中是用的开关电路有以下两个特点 1、 开关管的负载都是感性负载(开关电源电路中的f L 和音频功放中的1L ) 2、 都有相应的续流二极管(如开关电源电路中的D) *在音频功放中的续流二极管实际上是功率场效应管的体二极管。 开关电路的开关过程及开关损耗 以开关电源电路中的开关电路为例介绍一下开关的过程。在这里假定电感f L 较大所以在开关过程中流过电感的电流可以近似认为没有变化。 开通过程 下图描述了开关管开通时电压电流的关系，其中CE V 指得是开关管Q 发射极和集电极之间的电压，对场效应管就是源极(S)和漏极(D)之间的电压。L I 是关断前电感流过的电流。

在0t 时刻开关管Q 开始流过电流，开关管逐渐开通。 在10~t t 时刻流过开关管Q 的电流逐渐增大，同时流过二极管D 的电流逐渐减小。在此时刻Q 一直工作在放大状态，即流过开关管的电流的大小是由流过基极的电流大小决定的。 在1t 时刻开关管Q 流过了所有的L I ，这时流过二极管的电流为零。但是由于二极管反向恢复时间的原因，二极管不会立即进入截止状态，而是要继续保持一段时间的导通。 在21~t t 时刻流过开关管的电流继续增大，Q 还是工作在放大状态。二极管处于反向恢复期流过反向的电流。 在2t 时刻二极管的反向电流开始减小。在此时刻流过开关管的电流已经不再由Q 基极电流的大小决定，所以在此时刻Q 工作在放大和饱和的临界状态。 在32~t t 时刻流过开关管的电流开始减小，同时开关管两端的电压也开始急剧下降，电压下降的速度主要取决于二极管的反向恢复过程。 在3t 时刻二极管完全截止。 在43~t t 时刻里开关管处于动态饱和区CE 端的压降受三极管本身的特性，积极驱动电流，和结温影响。这里不再讨论。 关断过程 关断过程可以分成两部分 10~t t 时刻开关管逐渐退出饱和状态两端电压不断上升。但是流过其中的电流大小没有明显变化。 21~t t 时刻开关管逐渐关断，而二极管逐渐导通。 在关断过程中开关管决定了电流和电压的变化率。

软开关技术讲解

软开关技术综述 摘要 软开关技术是利用在零电压、零电流条件下控制开关器件的导通和关断，有效地降低了电路的开关损耗和开关噪声因而在电力电子装置中得到广泛应用。本文在讲述软开关技术的原理及分类的基础上，主要回顾了软开关技术的由来和发展历程，以及发展现状和未来的发展趋势。 关键词：软开关技术原理发展历程发展趋势 一．引言： 根据开关元件的工作状态，可以把开关分成硬开关和软开关两类。硬开关是指开关元件在导通和关断过程中，流过器件的电流和元件两端的电压在同时变化；软开关是指开关元件在导通和关断过程中，电压或电流之一先保持为零，一个量变化到正常值后，另一个量才开始变化直至导通或关断过程结束。由于硬开关过程中会产生较大的开关损耗和开关噪声。开关损耗随着开关频率的提高而增加，使电路效率下降，阻碍了开关频率的提高；开关噪声给电路带来了严重的电磁干扰问题，影响周边电子设备的正常工作。为了降低开关的损耗和提高开关频率，软开关的应用越来越多。 电力电子装置中磁性元件的体积和重量占很大比例，从电机学相关知识知道，使变压器、电力电子装置小型化、轻量化的途径是电路的高频化。但是, 传统的开关器件工作在硬开关状态，在提高开关频率的同时，开关损耗和电磁干扰也随之增加。所以，简单地提高开关频率显然是不行的。软开关技术是使功率变换器得以高频化的重要技术之一, 它应用谐振的原理, 使开关器件中的电流(或电压) 按正弦或准正弦规律变化。当电流自然过零时, 使器件关断(或电压为零时, 使器件开通) , 从而减少开关损耗。它不仅可以解决硬开关变换器中的硬开关损耗问题、容性开通问题、感性关断问题及二极管反向恢复问题, 而且还能解决由硬开关引起的EMI 等问题。 当开关频率增大到兆赫兹级范围, 被抑制的或低频时可忽视的开关应

开关电源中的软开关技术的作用

开关电源中的软开关技术的作用 开关电源中的硬开关和软开关是针对开关晶体管而言的。硬开关是不管开关管上 的电压或电流，强行接通或关断开关管。当开关管(漏极和源极之间，或者集电极和发射极之间)的电压及电流较大时，切换开关管，由于开关管状态间的切换(由导通到截止，或由截止到导通)需要一定的时间，这样就会造成在开关管状态切换的某一段时间内，电压和电流有一个交越区域，这个交越造成的开关管损耗(开关管的切换损耗)随 开关频率的提高而急速增加。 若是感性负载，在开关晶体管关断时会感应出尖峰电压。开关频率越高，关断越快，该感应电压越高。此电压加在开关器件两端，容易造成器件击穿。若是容性负载，在 开关晶体管导通瞬间的尖峰电流大。因此，当开关晶体管在很高的电压下接通时，储 存在开关晶体管结电容中的能量将以电流形式全部耗散在该器件内。频率越高，开通 电流尖峰越大，从而会引起开关管的过热损坏。 另外，在次级高频整流回路中的二极管，在由导通变为截止时，有一个反向恢复期，开关晶体管在此期间内接通时，容易产生很大的冲击电流。显然频率越高，该冲击电 流也越大，对开关晶体管的安全运行造成危害。 最后，做硬开关运用的开关电源中，开关晶体管会产生严重的电磁骚扰。随着频率 的提高和电路中的di/dt和du/dt增大，所产生的电磁骚扰也在增大，影响开关电源本身和周围电子设备的正常工作。 上述问题严重阻碍了开关器件(开关晶体管和高频整流二极管)工作频率的提高。近 年来开展的软开关技术研究为克服上述缺陷提供了一条有效的途径。和硬开关工作原 理不同，理想的软关断过程是电流先降小到零，电压在缓慢上升到断态值，所以关断 损耗近似为零。由于器件关断前电流已经下降到零，便解决了感性关断问题。理想的 软开通过程是电压先降到零，电流在缓慢上升到通态值，所以开通损耗近似为零，器 件结电容的电压也为零，解决了容性开通问题。同时，开通时，二极管反向恢复过程 已经结束，因此二极管反向恢复问题不存在。

软开关技术

软开关技术 软开关技术开发的原因 硬开关是不管开关管上的电压或电流，强行接通或关断开关管。当开关管(漏极和源极之间，或者集电极和发射极之间)的电压及电流较大时，切换开关管，由于开关管状态间的切换(由导通到截止，或由截止到导通)需要一定的时间，这样就会造成在开关管状态切换的某一段时间内，电压和电流有一个交越区域，这个交越造成的开关管损耗(开关管的切换损耗)随开关频率的提高而急速增加。 若是感性负载，在开关晶体管关断时会感应出尖峰电压。开关频率越高，关断越快，该感应电压越高。此电压加在开关器件两端，容易造成器件击穿。 若是容性负载，在开关晶体管导通瞬间的尖峰电流大。因此，当开关晶体管在很高的电压下接通时，储存在开关晶体管结电容中的能量将以电流形式全部耗散在该器件内。频率越高，开通电流尖峰越大，从而会引起开关管的过热损坏。 另外，在次级高频整流回路中的二极管，在由导通变为截止时，有一个反向恢复期，开关晶体管在此期间内接通时，容易产生很大的冲击电流。显然频率越高，该冲击电流也越大，对开关晶体管的安全运行造成危害。 最后，做硬开关运用的开关电源中，开关晶体管会产生严重的电磁骚扰。随着频率的提高和电路中的di/dt和du/dt增大，所产生的电磁骚扰也在增大，影响开关电源本身和周围电子设备的正常工作。 上述问题严重阻碍了开关器件(开关晶体管和高频整流二极管)工作频率的提高。近年来开展的软开关技术研究为克服上述缺陷提供了一条有效的途径。和硬开关工作原理不同，理想的软关断过程是电流先降小到零，电压在缓慢上升到断态值，所以关断损耗近似为零。由于器件关断前电流已经下降到零，便解决了感性关断问题。理想的软开通过程是电压先降到零，电流在缓慢上升到通态值，所以开通损耗近似为零，器件结电容的电压也为零，解决了容性开通问题。同时，开通时，二极管反向恢复过程已经结束，因此二极管反向恢复问题不存在。 什么是软开关技术 软开关技术还有助于电磁骚扰水平的降低，其原因是开关晶体管在零电压的情况下导通和在零电流的情况下关断，同时快恢复二极管也是软关断的，这可以明显减小功率器件的di/dt和du/dt，从而可以减小电磁干扰的电平。 一般来说软开关的效率较高(因为没有切换损)；操作频率较高，PFC或变压器体积可以减少，所以开关电源的体积可以做到更小。但成本也相对较高，设计较复杂。 软开关电源是相对于硬开关电源而言的。人们通常所说的开关电源，指的是硬开关电源。这种电源，开关器件（开关管）是在承受电压或电流的情况下接通或断开电路的，因此在接通和关断的过程中会产生较大的损耗，即所谓开关损耗。电源的工作状态一定时，开关器件开通或关断一次的损耗也是一定的，因此开关频率越高，开关损耗也就越大。同时在开关过程中还会激起电路分布电感和寄生电

电力电子高频软开关技术特点及其应用分析

电力电子高频软开关技术特点及其应用分析 发表时间：2017-05-17T10:42:48.230Z 来源：《电力设备》2017年第4期作者：刘云太[导读] 摘要：透过实际调查发现，有关软开关技术项目已然在功率变换器应用领域之中得到全方位推广沿用，其核心意义在于大幅度提升设备整体性能、运作效率。 （武汉理工大学自动化学院湖北省武汉市 430070）摘要：透过实际调查发现，有关软开关技术项目已然在功率变换器应用领域之中得到全方位推广沿用，其核心意义在于大幅度提升设备整体性能、运作效率，改善其功率密度基础上，全力规避以往电能变换装置频繁引发的电磁和环境污染状况。由此，笔者决定在客观论证电力电子高频软开关的基础性工作原理和技术特征基础上，联合丰富实践经验探讨其可靠性的实践应用前景，希望能够为相关工作人员 作为参考之用。 关键词：电力电子；高频软开关；技术特征；应用前景前言：结合以往硬开关功率变化技术工作原理加以对比校验，尤其是在功率开关管导通或是断开过程中，因为不同类型部件之上的电压或是电流必然会高于零，所以其间经常会引发较大数量的功率消耗现象。同步状况下，一旦说开关频率越高，对应的损耗效应就愈加深刻，此时变换器工作效率出现极速的降低状况；再就是经过频率与功率的持续提升过后，内部滋生出的EMI也会随之加大，对附近电器和电网等必要性资源造成的限制效应也就更为严峻。透过此类现象观察，改善开关频率已然是目前开关变换技术的关键性改革发展指标，即在确保将变换器体积、重量缩小在合理空间范畴前提下，大幅度提升该类器具的功率密度和集成化运作效果。 一、软开关技术的基础性工作原理 所谓软开关技术，实际上就是借助谐振原理，将开关变换器之中流通的电流或是电压，依照正弦或是准正弦的形式进行波动性变化，持续到这部分电流达到自然过零状态时，及时地断开当中的开关管；再就是在开关管电压维持在自然过零效果期间，导通当中的开关管，进一步保证其不管是在断开或是导通情况下产生的损耗都控制为零，进一步落实这部分开关电源的高频化改良研发目标，为日后电源效率合理程度地提升，以及EMI现象滋生几率适度地缩减等理想化前景绽放，做充分的过渡准备工作。而在此期间，涉及硬开关和软开关之间工作原理的差异现象则具体如下所示： 首先，硬开关方面。其开关环节中，内部的电压与电流都不会为零，并且衍生出重叠现象。在此期间，涉及内部电流与电压的波动幅度十分之大，这点透过波形显著化的过冲现象可以得到清晰认证，严重情况在甚至会导致开关强烈的损耗和噪声效应。 其次，软开关方面。其在原电路之上会额外增加一些小电感、电容等谐振类部件，同时主张在开关过程前后进行谐振引入，可确保在顺利规避硬开关工作过程中出现的电压、电流重叠现象基础上，有效削减开关自身的损耗程度，并且适度降低开关噪声。 二、电力电子高频软开关的技术特征 依照开关部件开通和断开过程中的电压、电流分布现象认证分析，可以顺势延展出零电压与零电流两类电路类型。笔者在深入性探讨软开关技术改良发展的过程基础上，决定将软开关技术控制下的电路划分出准谐振、零开关PWM、零转换PWM三类电路。当中每一类软开关电路都能够在降压、升压型等电路之中贯穿沿用，更为重要的是能够透过基本开关单元之中导出对应的电路。 （一）准谐振电路 其中的电压或是电流的波形，主要呈现出正弦半波的形态，所以有关技术领域将其命名为准谐振。经研究发现，早期阶段的软开关电路主要包含零电压、零电流开关准谐振电路，以及零电压开关多谐振电路三种，主要应用在逆变器的谐振直流环节之中。至于其技术特征则表现为： 谐振电压峰值相对较高，同步状况下要求内部安插的部件必须维持较高的耐压性能；谐振电流本身保留较大的有效值，特别是当电路之中出现大规模的无功率交换状况期间，一旦电路导通就会引发相对强烈的损耗效应；而谐振周期则会在输入电压、负载波动的基础上，同步发生改变现象，所以在该类电路之中只可以沿用脉冲频率调制途径加以协调化操控。 （二）零开关PWM电路 其主张进行辅助开关引入，目的是在谐振现象产生的初始阶段之中进行协调化控制，至此令谐振现象单纯发生地开关过程前后。至于该类技术的特征则表现为： 电路在相对宽阔的输入电压范畴之中和零负债到满载等情况下，都能够维持合理的工作状态。其间电路内部的无功率交换会被持续削减到最小范畴以内，因此会令整个电路工作效率得到更高等级层次的提升。 （三）零转换PWM电路 其同样沿用辅助开关进行谐振现象的开始阶段控制，不过存在差异迹象的是，这部分谐振电路和主开关是维持并联状态的。其技术特征主要如下所示： 电路在较宽的输入电压范畴之内或是负载-满载环境下都能够达到正常工作效果；再就是电路之中无功率的交换会被削减到最小范围之内，同步状况下令这部分电路工作效率有利理想化地改善。 三、电力电子高频软开关技术可靠性的应用实践 电力电子高频软开关变换器能够在确保不增加或是增加较少部件的基础条件下，减少开关器之中电压、电流的额定数值，同时大幅度提升功率变压器的利用率和输出功率，进一步贯彻落实开关部件的恒频控制目标。最为重要的是，应用该类技术手法过程中滋生出的电压电流应力也会控制在较小范畴以内。归结来讲，软开关变换器的高频化改造，是变换器的主流发展方向，其不单单有助于持续削减变换器体积和重量，降低开关电源产生的噪声，同时可以全面提升变换器的功率密度与动态响应，应用前景十分可观。 笔者在此主要以转起动器为例，其沿用电力电子和微处理器技术，以及诸多先进控制理论进行设计生产，如今被视为创新型节能产品的代表。其和市场广泛流通的继电控制模式的磁控式、自偶式等降压起动器相互对比，具备起动机械应力合理降低、电动机和相关设备应用寿命适度延长、起动参数可视负载调整等优势特征，能够换取最为理想化的起动控制成果；再就是具备多样化的起动控制方式和保护功能，方便针对内部工艺进行革新调试基础上，保护设备。尤其是当中特殊的外控端子，能够高效率地落实异地和自动化控制目标；而全数字开放式的用户操作显示键盘，控制起来十分简易且灵活，加上高度集成化的Intel微处理器控制系统支持，性能绝对十分可靠，可以在环保、冶金、建筑等行业之中全方位推广沿用。