软开关技术及其应用[1][1]

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1、软开关技术及其应用摘要：软开关是电器I叫路中用于连通和切断负载的一种方式和装宜，这种方式系拆负载的切断和接通不是瞬间突然地完成，而是逐渐地山小到大完成接通过程，逐渐地山大到小完成切断过程。现实屮的软开关可见于照明回路，对于一盏灯开启时山不亮到微亮再到全亮逐渐地缓慢地完成，关闭过程则相反。软开关的引入可以避免灯光突然变化给人眼造成的刺激，特别在全黑暗的情况下更为重要。0•引言软开关技术可以显著的减小甚至完全消除变换器中开关元件在开关过程中的损耗，使缓冲吸收电路成为多余，采用软开关后，由于开关频率不受开关损耗的限制，大大的提高了开关器件的工作频率，减小了开关器件的散热器体积，

2、从而大大减小了装置的尺寸和垂量，同时也捉高了变换器的可靠性和效率。1.软开发技术的简介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。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。和硕开关工作不同，理想的软关断过程是电流先降到零，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下降到零，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I二升到通态值，所以开通损耗近似为零，器件结电容的电压亦为零，解决了容性开通问题。同时，开通时，二

3、极管反向恢复过程已经结束，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(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，就可以消除开关过程中电压、电流的重叠，降低他们的变化率，从而大人减小甚至消除开关消耗。同时，谐振过程限制了开关过程小电压电流的变化率，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据电路中主要的开关元件是零电压开通还是零电流关断，可以将软开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于零电压电路，

4、要么属于零电流电路。但也有个别电路中，有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.是最早出现的软开关电路。准谐振电路屮电压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下降，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、零电压开关多谐振电路和用于逆变器的谐振百流环。2）零开关PWM电路.电流和电压基木上是方波。开关承受的电压明显降低。电路不采用开关频率固定的PWM控制方式。零开关PWM电

5、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。电路在很宽的输入电压范围内和从零负载到满负载都能匸作在软开关状态。电路屮无功功率的交换被削减到最小，这使得电路效率有了进一步提高。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开关电路。CQ）零电压开关准谐电路原理图（b）零电压开关准谐振电路的理想化波形谐振零电压开关准谐振电路工作原理：当开关S零压关断（开关S通时电容C1为零压），电感L电流转电容C1.开关s断后，电感L电流充电电容C1（电容C1两端电压左正右负）--VD导通续流。

6、VD导通，电容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的耐压必须相应提高.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大缺点。2.2变频器的软开关电路直流坏是适用于变频器的一种软开关电路.(d)谐振冃流环电路原理图h4LL心(b)谐振直流坏电路的理想化波形谐振直流环电路工作原理：仏〜S在S时刻Z前，开关S处于通态，在S时刻，S关断,电路发生谐振。b〜在此模态屮，1“两端电压差为零，□时刻以后，继续向C「充电并不断减小。t2〜t3：在此模态中，t2时刻以后，继续降低，到零反向，G继续向

7、仁、放电，反向增加。t3〜S：在t3时刻，达到反向谐振峰值，然后开始衰减，直到S时刻，S的反并联二极管VD「导通。在此模态中，S导通，电流线性上升，直到S吋亥I」，S再次关断。2.3最广泛的软开关电路移相全桥电路是1=1前应用最广泛的软开关电路之一。(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和全桥电路工作原理：s〜m在这一时段，S］导通，直到口时刻$关断。口〜t2：在此模态屮，口时刻开关、关断后电容与电感构成谐振回路。匕〜切在此模态中，（2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