软开关技术及其应用

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1、软开关技术及其应用1.软开关技术的简介1.1软开关技术的基本概念软开关：在原电路中增加了小电感、电容等谐振元件，在开关过程饷后引入谐振，消除电压、电流的重叠。降低开关损耗和开关噪声。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存效的途径。和硬开关工作不同，理想的软关断过程是电流先降到零，电灰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己卜'降到零，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，器件结电容的电压亦为零，解决广容性开通问

2、题。同时，开通时，二极管反向恢S过程已经结束，因此二极管方向恢复问题不存在。1.2软开关技术的工作原理(a)开通过程(b)关断过程图一软开关的开关、关断过程通过在开关过程前后引入谐振，使开关开通前电压先降到零，关断前电流先降到零，就可以消除开矢过程中电压、电流的重叠，降低他们的变化率，从而大大减小甚至消除开关消耗。同时，谐振过程限制了开关过程屮电压电流的变化率，这使得开关噪声显著减小。理想开关过程：零压导通零压关断，开通和关断零损耗零噪声。2.软开关电路的种类及特点根裾电路屮主要的丌关元件是零电fR开通还

3、是零电流关断，可以将软丌关电路分成零电压电路和零电流电路两大类。通常，一种软开关电路要么属干零电压电路，要么W于零屯流电路。但也有个別电路屮，杏些开关是零电压开通，另一些开关是零电流关断的。根据软开关技术发展的历程，可以将软开关电路分成以下三种：1)准谐振电路.是最早出现的软丌关电路。准谐振电路屮电灰或电流的波形为正弦半波,谐振的引入使得电路的开关损耗和开关噪声大大卜降，谐振周期随输入电压、负载变化而改变，W此电路只能釆用脉冲频率调制方式来控制。准谐振电路可以分为零电压开关准谐振电路、零电流开关准谐振电路

4、、零电压开关多谐振电路和用于逆变器的谐振直流环。2)零开关PWM电路.电流和电灰基木上是方波。开关承受的电灰明显降低。电路不采用开关频率固定的PWM控制方式。零开关PWM电路可以分为零电压开关PWM电路和零电流开关PWM电路。3)零转换PWM电路.可以分为零电压转换PWM电路和零电流转换PWM电路。屯路在很宽的输入电灰范嘲A和从零负载到满负载都能T作在软丌关状态。电路屮无功功率的交换被削减到最小，这使得电路效率柯了进一少提商。2.1简单开关电路零电压开关准谐振电路是一种结构较为简单的软丌关电路(a)零也压

5、开关准谐电路股理阁(b)零电压开关准谐振电路的理想化波形谐振零电乐丌关准谐振电路r作原理：当开关s零乐关断(丌关s通时电界ci为零乐)，电感L电流转电容C1.开关s断后，电感L电流充电电界C1(电界C1两端电压左正右负)—VD导通续流。VD导通，屯容C1先升高后降低受反压，导通VDs开关s为零压待通.VDs续流电阻电流维持导通.谐振电压峰值将高于输入电压的2倍，开关s的耐压必须相应捉高.这增加了成本，降低了可靠性，是零电压开关准谐振电路的一人缺点。2.2变频器的软开关电路直流环是适用于变频器的一种软7T•

6、关电路.(a)谘振亩.流环电路原理图A)(b)谘振汽流环电路的理想化波形谐振直流环电路工作原理：U〜t：:在U时刻之前，开关S处于通态，在U时刻，S关断，电路发生谐振。t^t2：在此模态屮，L.W端电压差为零，t:吋刻以后，继续向C:.充电并不断减小。t2〜t3:在此模态中，时刻以后，继续降低，到零反昀，c,继续放电，反昀增加。t3〜在t3时刻，达到反向谐振峰值，然后开始袞减，直到t4时刻，s的反并联二极管vu导通。在此模态中，s导通，屯流线性上升，直到t。时刻，s再次关断。2.3敁广泛的软开关电路移相全

7、桥电路足0前应川最广泛的软开关电路之一。S13U.1'S21S4S3(a)移向全桥零电压开关PWM电路（b）移相全桥电路的理想化波形移相全桥电路工作原理:to〜t1:在这一时段，Si导通，直到tl时刻S,关断。h〜t2：在此模态屮，^吋刻幵关5,关断后电界与电感构成谐振回路。t2〜t3:在此模态中，t2时刻s2开关开通，由于此时其反并联二极管正处于导通状态，因此s2开通是电压为零，开通过程中不会产生开关损耗。t3〜t4:在卜时刻开关54关断后，变压器二次侧整流二极管同时导通，变压器一次和二次电压均为零，相

8、当于短路。U〜t5:在此模态中，S3导通，谐振电感的电流继续减小。电感电流不降到零后，便反叫，不断增大。to〜t5:正好是开关周期的一半，而在另一半开关周期t5〜t«时段屮，电路的工作过程与to〜15时段完全对称，重复进行。1.软开发技术的新进展软开关技术的发嵌是受到其应川领域对于电源装置不断提高的技术要求而推动的，特别是以计算机产业、通信产业为代表的IT产业，对于效果和体积的耍求达到了近乎苛刻的地步。顺应这一需求，软开关技术