第6章 PWM 软开关电路
软开关
硬开关：1.开关损耗大。
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、电流波形的交叠产生了开关损耗，该损耗随开关频率的提高而急速增加。
2.感性关断电尖峰大。
当器件关断时，电路的感性元件感应出尖峰电压，开关频率愈高，关断愈快，该感应电压愈高。
此电压加在开关器件两端，易造成器件击穿。
3.容性开通电流尖峰大。
当开关器件在很高的电压下开通时，储存在开关器件结电容中的能量将以电流形式全部耗散在该器件内。
频率愈高，开通电流尖峰愈大，从而引起器件过热损坏。
另外，二极管由导通变为截止时存在反向恢复期，开关管在此期间内的开通动作，易产生很大的冲击电流。
频率愈高，该冲击电流愈大，对器件的安全运行造成危害。
4.电磁干扰严重。
随着频率提高，电路中的di/dt和dv/dt增大，从而导致电磁干扰（EMI）增大，影响整流器和周围电子设备的工作。
1.准谐振电路准谐振电路－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。
是最早出现的软开关电路。
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（Pulse Frequency Modulation—PFM）方式来控制。
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：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。
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：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。
3题而高频化又必然使传统的PWM开关（属硬开关）功耗加大，效率降低，噪声也提高了，达不到高频、高效的预期效益，因此实现零电压导通、本电流关断的软开关技术将成为开关电源产品未来的主流。
《电力电子技术》(第六七八章)习题答案
第6章 PWM 控制技术1．试说明PWM 控制的基本原理。
答：PWM 控制就是对脉冲的宽度进行调制的技术。
即通过对一系列脉冲的宽度进行调制，来等效地获得所需要波形（含形状和幅值）。
在采样控制理论中有一条重要的结论：冲量相等而形状不同的窄脉冲加在具有惯性的环节上时，其效果基本相同，冲量即窄脉冲的面积。
效果基本相同是指环节的输出响应波形基本相同。
上述原理称为面积等效原理以正弦PWM 控制为例。
把正弦半波分成N 等份，就可把其看成是N 个彼此相连的脉冲列所组成的波形。
这些脉冲宽度相等，都等于π/N ，但幅值不等且脉冲顶部不是水平直线而是曲线，各脉冲幅值按正弦规律变化。
如果把上述脉冲列利用相同数量的等幅而不等宽的矩形脉冲代替，使矩形脉冲的中点和相应正弦波部分的中点重合，且使矩形脉冲和相应的正弦波部分面积（冲量）相等，就得到PWM 波形。
各PWM 脉冲的幅值相等而宽度是按正弦规律变化的。
根据面积等效原理，PWM 波形和正弦半波是等效的。
对于正弦波的负半周，也可以用同样的方法得到PWM 波形。
可见，所得到的PWM 波形和期望得到的正弦波等效。
2．设图6-3中半周期的脉冲数是5，脉冲幅值是相应正弦波幅值的两倍，试按面积等效原理计算脉冲宽度。
解：将各脉冲的宽度用i（i =1, 2, 3, 4, 5）表示，根据面积等效原理可得1=m5m 2d sin U t t U ⎰πωω=502cos πωt - =0.09549(rad)=0.3040(ms)2=m525m 2d sin U t t U ωϖππ⎰=5252cos ππωt -=0.2500(rad)=0.7958(ms)3=m5352m 2d sin U t t U ωϖππ⎰=53522cos ππωt -=0.3090(rad)=0.9836(ms)4=m5453m 2d sin U t t U ωϖππ⎰=2=0.2500(rad)=0.7958(ms)5=m54m2d sin U tt Uωϖππ⎰=1=0.0955(rad)=0.3040(ms)3. 单极性和双极性PWM 调制有什么区别？三相桥式PWM 型逆变电路中，输出相电压（输出端相对于直流电源中点的电压）和线电压SPWM 波形各有几种电平？答：三角波载波在信号波正半周期或负半周期里只有单一的极性，所得的PWM 波形在半个周期中也只在单极性范围内变化，称为单极性PWM 控制方式。
PWM开关调整器及其应用电路
PWM开关调整器及其应用电路PWM开关调整器是一种电子器件，用于调整电源或信号的占空比，从而改变输出信号的幅度。
它的工作原理是通过周期性地开关，控制信号的高电平部分和低电平部分的时间比例，从而达到调整信号幅度的目的。
PWM开关调整器广泛应用于电源转换器、无线通信、电机控制等领域。
PWM开关调整器主要由比较器、控制逻辑、CR周期延时电路和开关器件组成。
比较器用于比较参考信号与可调参考电压，控制逻辑用于产生控制信号，CR周期延时电路用于产生周期延时信号，而开关器件则根据控制信号对输入信号进行开关调整。
PWM开关调整器的应用电路包括正弦波调制器、脉冲宽度调制器和电源转换器等。
正弦波调制器通过将被调信号与高频三角波进行比较，产生PWM信号，使其幅度随被调信号的幅度而变化，从而实现信号的调制。
脉冲宽度调制器将模拟信号转换为脉冲信号，利用PWM开关调整器调整脉冲宽度，从而改变信号幅度。
电源转换器则通过PWM开关调整器将输入电源转换为输出电源，以实现电压升降或逆变的功能。
PWM开关调整器的优点是高效率、精确控制和稳定性好。
它可以精确地调整电源或信号的幅度，从而满足各种应用的需求。
另外，PWM开关调整器通过快速开关，可以实现高效率的功率转换，减少能量损耗。
此外，PWM开关调整器的输出稳定性好，对负载变化的响应较快。
总之，PWM开关调整器是一种重要的电子器件，可以通过控制信号的占空比来调整信号的幅度。
它在众多领域中具有广泛的应用，如电源转换器、无线通信和电机控制等。
通过利用其高效率、精确控制和稳定性好的优点，可以实现各种应用的需求。
PWM开关调整器在电源转换器领域中的应用是其中最重要和广泛的。
电源转换器是一种将电能从一种形式转换为另一种形式的电子器件，其中PWM开关调整器起到重要的作用。
在直流-直流(DC-DC)电源转换器中，PWM开关调整器用于将输入直流电压转换为所需的输出直流电压。
在PWM开关调整器中，开关频率通常可以达到几十千赫兹甚至几百千赫兹，相比较而言开关速度非常快。
pwm变频调速及软开关电力变换技术
pwm变频调速及软开关电力变换技术
一、引言
随着现代电力电子技术的发展，PWM（脉宽调制）变频调速及软开关电力变换技术在电气传动、能源转换等领域得到了广泛应用。
本文将对这两种技术进行简要介绍，分析其原理及应用，并探讨它们的结合与发展趋势。
二、PWM变频调速技术原理及应用
1.原理概述
PWM变频调速技术是一种通过改变电机供电频率和电压来调节电机转速的方法。
其核心是PWM控制器，通过调整开关器件的导通时间，实现电机电源电压的有效值和频率的调节。
2.控制系统构成
PWM变频调速控制系统主要包括：PWM控制器、逆变器、电机、传感器和控制算法。
通过传感器采集电机运行参数，与设定值进行比较，生成PWM信号，驱动逆变器输出不同电压和频率的电源，实现电机转速的调节。
3.调速性能及优势
PWM变频调速技术具有调速范围宽、响应速度快、效率高、噪音低等优点，适用于各种交流电机，尤其在工业自动化、家电、电动汽车等领域得到了广泛应用。
4.应用领域
PWM变频调速技术已广泛应用于电梯、风机、水泵、压缩机等设备的电机调速，为节能减排、提高系统性能提供了有力支持。
pwm变频调速及软开关电力变换技术
pwm变频调速及软开关电力变换技术[pwm变频调速及软开关电力变换技术]1. 引言在现代工业和电力系统中，pwm变频调速及软开关电力变换技术已经成为一种常见的技术应用。
它们在提高能源利用率、降低能源消耗和减少对环境的影响等方面具有重要作用。
本文将深入探讨pwm变频调速及软开关电力变换技术的原理、应用及未来发展趋势。
2. pwm变频调速技术的原理和应用2.1 什么是pwm变频调速技术pwm（Pulse Width Modulation）变频调速技术是一种通过控制电机输入的脉冲宽度来实现对电机转速的调节的技术。
它通过改变电机输入的频率和电压，使电机能够以不同的速度运行，从而满足不同工况下的需求。
2.2 pwm变频调速技术的应用pwm变频调速技术广泛应用于工业生产中的电机驱动系统、风力发电系统、水泵系统、压缩机系统等领域。
通过pwm变频调速技术，能够实现电机的精确控制和高效运行，从而提高设备的稳定性和工作效率。
3. 软开关电力变换技术的原理和应用3.1 什么是软开关电力变换技术软开关电力变换技术是一种通过对电力开关管进行控制，减少开关过程中电流和电压的突变，以减小开关损耗的技术。
它通过改善开关过程中的电压和电流波形，降低开关损耗和提高电力变换效率。
3.2 软开关电力变换技术的应用软开关电力变换技术在直流变换器、逆变器、变频器以及电力系统中的高压开关设备中得到广泛应用。
通过软开关电力变换技术，能够减少电力设备的能量损耗，提高系统的可靠性和稳定性。
4. pwm变频调速及软开关电力变换技术的未来发展趋势4.1 高性能功率模块的发展未来，随着高性能功率模块的不断发展，将能够提高pwm变频调速及软开关电力变换技术的性能和效率，满足更多复杂工况下的电力需求。
4.2 电力电子器件的集成化和智能化随着电力电子器件的集成化和智能化，pwm变频调速及软开关电力变换技术将更加灵活和智能化，能够更好地适应不同工况下的需求。
5. 总结和回顾pwm变频调速及软开关电力变换技术作为当前电力系统中重要的技术应用，具有重要的意义。
电力电子技术第6章.软开关技术
图6-5给出了前三种软开关电路的基本开关单元，谐振直流 环节的电路见图6-10。
图6-5 准谐振电路的基本开关单元
2、零开关PWM电路
零开关PWM变换电路是在准谐振变换电路基础上，增加了 辅助开关而形成的。辅助开关用于控制谐振的开始时刻，使谐 振仅发生于开关过程前后，这样，电路就可以采用恒频控制方 式即PWM控制方式。零开关PWM电路可分为：
图6-6 零开关PWM电路的基本开关单元
3、零转换PWM电路
准谐振变换器的谐振电感和谐振电容一直参与工作；零开关 PWM变换器的谐振元件虽不一直工作，但谐振电感却串在主回 路中，损耗较大。为克服这些缺陷，提出了零转换PWM变换器。 虽这类变换器也采用对谐振时刻进行控制来实现PWM控制，但 与零开关变换器相比具有更突出的优点：
要 实 现 软 开 关 的 PWM 控制，只需控制Lr与Cr的 谐振时刻。其方法是：要 么在适当时刻先短接谐振 电感，在需要谐振的时刻 再断开；要么在适当时刻 先断开谐振电容，在需要 谐振的时刻再接通。由此 得到不同形式的零开关 PWM 电 路 的 基 本 开关 单 元， 如图 6-6 所 示，其 中 S1为辅助开关。
第6章 软开关技术
6.1 软开关的基本概念 1、硬开关及其缺点
变流电路中的电力电子开关不是理想器件。开通时，开关 管的电压不是立即降到零，同时它的电流也不是立即上升到 负载电流，有一个上升时间。在这段时间里，开关元件承受 的电压和流过的电流有一个交叠区，会产生开关损耗，称之 为开通损耗，其波形如图6-1（a）所示。同样，在开关关断 时，开关管的电流也有一个下降过程，电压也有一个上升时 间，电压和电流的交叠产生的开关损耗称之为关断损耗，其 波形如图6-1（b）所示。开关器件在开关过程中产生的开通 损耗和关断损耗，统称为开关损耗。具有这种开关过程的开 关称为硬开关。
PWMDCDC全桥变换器的软开关技术
ZVS PWM DC/DC全桥变换器
ZVS PWM DC/DC全桥变换器
ZVS PWM DC/DC全桥变换器
ZVS PWM DC/DC全桥变换器
移相控制ZVS PWM DC/DC全桥变换器的 工作原理
移相控制ZVS PWM DC/DC全桥变换器的 工作原理
移相控制ZVS PWM DC/DC全桥变换器的 工作原理
u t t
u i 0 P 0
u
i t t
u i 0 P 0
i
a）软开关的开通过程
b）软开关的关断过程
图6－2 软开关的开关过程
DC/DC全桥变换器
DC/DC全桥变换器由全桥逆变器和输出整流滤波 电路构成:
DC/DC全桥变换器--全桥逆变器及其控制
Q1~Q4，D1~D4 Tr K=N1/N2
控制方式: 双极性 有限双极性 移相控制方式
关断时间错开切换放式—滞后桥臂的软开关实现
PWM DC/DC全桥变换器软开关的实现原则
PWM DC/DC全桥变换器的两类软开关方式
小结
ZVS PWM DC/DC全桥变换器
• 前面讨论了滞后桥臂的零电压关断,即电容的存在可以实现零电 压关断,现在关心的是开关管开通的情况. • 下面先讨断切换方式
Q1,Q4关断,原边电流给C 1和C4充电,同时C2和C3 放电,限制Q1,Q4的电压 上升率,实现软关断。 当C1和C4电压上升到Vin 时,C2和C3电压下降到零 .此时D2,D3导通,为Q2， Q3提供零电压开通的条 件。 但是此时如果开通Q2和Q 3，在AB两点 出现的就 是占空比为1的交流方波 电压
PWM DC/DC全桥变换器的控制策略族
PWM DC/DC全桥变换器的控制策略族
软开关半桥DC-DC变换器的PWM控制
软开关半桥DC/DC变换器的PWM控制
引言
半桥DC/DC变换器结构简单，控制方便，非常适用于中小功率场合。
硬开关变换器高频时开关损耗很大，严重影响其效率。
软开关技术可降低开关损耗和线路的EMI，提高效率和功率密度，提高开关频率从而减小变换器体积和重量。
传统半桥变换器有两种控制方法，一种是对称控制，一种是不对称互补控制。
本文主要分析实现半桥DC/DC变换器软开关的PWM控制策略。
1 控制型软开关PWM 控制策略
控制型软开关半桥DC/DC变换器不增加主电路元器件(可增加电感电容元件以实现软开关条件)，通过合理设计控制电路来实现软开关。
图1给出4种控制型软开关半桥DC/DC变换器的PWM 控制策略。
(完整版)PWM控制技术(深度剖析)
第6章PWM控制技术主要内容：PWM控制的基本原理、控制方式与PWM波形的生成方法，PWM逆变电路的谐波分析，PWM整流电路。
重点：PWM控制的基本原理、控制方式与PWM波形的生成方法。
难点：PWM波形的生成方法，PWM逆变电路的谐波分析。
基本要求：掌握PWM控制的基本原理、控制方式与PWM波形的生成方法，了解PWM 逆变电路的谐波分析，了解跟踪型PWM逆变电路，了解PWM整流电路。
PWM（Pulse Width Modulation）控制——脉冲宽度调制技术，通过对一系列脉冲的宽度进行调制，来等效地获得所需要波形（含形状和幅值）。
第3、4章已涉及这方面内容: 第3章：直流斩波电路采用，第4章有两处：4.1节斩控式交流调压电路，4.4节矩阵式变频电路。
本章内容PWM控制技术在逆变电路中应用最广，应用的逆变电路绝大部分是PWM型，PWM 控制技术正是有赖于在逆变电路中的应用，才确定了它在电力电子技术中的重要地位。
本章主要以逆变电路为控制对象来介绍PWM控制技术，也介绍PWM整流电路1 PWM控制的基本原理理论基础：冲量相等而形状不同的窄脉冲加在具有惯性的环节上时，其效果基本相同。
冲量指窄脉冲的面积。
效果基本相同，是指环节的输出响应波形基本相同。
低频段非常接近，仅在高频段略有差异。
图6-1 形状不同而冲量相同的各种窄脉冲面积等效原理：分别将如图6-1所示的电压窄脉冲加在一阶惯性环节（R-L电路）上，如图6-2a所示。
其输出电流i(t)对不同窄脉冲时的响应波形如图6-2b所示。
从波形可以看出，在i(t)的上升段，i(t)的形状也略有不同，但其下降段则几乎完全相同。
脉冲越窄，各i(t)响应波形的差异也越小。
如果周期性地施加上述脉冲，则响应i(t)也是周期性的。
用傅里叶级数分解后将可看出，各i(t)在低频段的特性将非常接近，仅在高频段有所不同。
图6-2 冲量相同的各种窄脉冲的响应波形用一系列等幅不等宽的脉冲来代替一个正弦半波，正弦半波N等分，看成N个相连的脉冲序列，宽度相等，但幅值不等；用矩形脉冲代替，等幅，不等宽，中点重合，面积（冲量）相等，宽度按正弦规律变化。
移相全桥零电压PWM软开关电路的研究
略大于开关管自身的寄生电容可减小管子之间的差
异。 实际中，可根据实验波形对其进行调整。 计算得
Llk=7.2 μH，实际取10～20 μH。 由于 要 兼 顾 轻 载 和 重 载，同 时 电 感 在 超 前 臂 谐 振 和 续 流 时 有 能 量 损 失 ，故
实际中取值较计算值略大为宜。
5 整机最大占空比合理性计算
第 43 卷第 1 期 2009 年 1 月
电力电子技术 Power Electronics
移相全桥零电压 PWM 软开关电路的研究
胡红林， 李春华， 邵 波 （黑龙江科技学院， 黑龙江 哈尔滨 150027）
Vol.43 No.1 January，2009
摘要:介绍了移相全桥零电压 PWM 软开关电路的组成及工作原理，从时域上详细分析了软开关的工作过程，阐述了
在开关电源中具有谐振开关和 PWM 控制特点 的移相全桥零 电 压 PWM 变 换 器 得 到 了 广 泛 应 用 ， 该 类 变 换 器 实 现 了 零 电 压 开 关 （ZVS），减 小 了 开 关 损耗，提高了电源系统的稳定性。 同时，电源可在较 高的开关频率下工作，因而大大减小了无源器件的 体积。 但移相全桥 ZVS 电路存在对谐振电感和电容 的合理选择及占空比丢失的问题，这就要求 ZVS 软 开关有一个合理的最大占空比。
实现 VQ1 零电压关断需要有：
uC1=
iCb 2C1
td1=
is 2nC1
td1≥Uin
（6）
式中：td1 为 VQ1，VQ3 死区时间；n 为变比。
要在全范围内实现超前臂的零电压开通， 必须
以 最 小 输 出 电 流 Iomin 和 最 大 输 入 电 压 Uinmax 来 选 取 C1，C3，即 C1=C3≤Iomintd1/（2nUinmax）。 4.2 串联电感的取值及滞后臂并联电容的选取
PWM软开关技术简介
1．引言将谐振变换器与PWM技术结合起来构成软开关PWM的控制方法，集谐振变换器与PWM控制的优点于一体，既能实现功率开关管的软开关，又能实现恒频控制，是当今电力子技术领域发展方向之一。
在直/直变换器中，则以全桥移相移控制软开关PWM变换器的研究十分活跃，它是直流电源实现高频化的理想拓扑之一，尤其是在中、大功率的应用场合。
目前全桥移相控制软开关PWM变换器的研究热点已由单纯地实现零电压软开关（ZVS）转向同时实现零压零流软开关（ZVZCS）。
全桥移相控制ZVS方案至少有四点缺陷：全桥电路内有自循环能量，影响变换效率。
副边存在占空度丢失，最大占空度利用不充分。
在副边整流管换流时，存在谐振电感与整流管的寄生电容的强烈振荡，导致整流管的电压应力较高，吸收电路的损耗较大，且有较大的开关噪音。
滞后臂实现零电压软开关的范围受负载和电源电压的影响。
另外，在功率器件发展领域，IGBT以其优越的性价比，在中大功率的应用场合已普遍实用化，适合将IGBT的开关方式软化的技术则是零电流开关（ZCS）。
因而，针对全桥移相控制ZVS方案存在的问题，各种全桥相移ZVZCS软开关的方案应运而生。
2．全桥ZVZCS软开关技术方案比较目前，正在研究或已产品化的全桥ZVZCS软开关技术主要有以下3种：变压器原边串联饱和电感和适当容量的隔直阻断电容。
变压器原边串联适当容量的隔直阻断电容，同时滞后臂的开关管串联二极管。
利用IGBT的反向雪崩击穿电压使原边电流复位的方法实现ZCS软开关。
除方案3为有限双极性控制方式以外，其它几种方案的控制方式全为相移PWM方式。
上述几种方案都能解决全桥相移ZVS的固有缺陷，如大幅度地降低电路内部的自循环能量，提高变换效率；减少副边的占空度丢失，提高最大占空度的利用率；软开关实现范围基本不受电源电压和负载变化的影响，实现全负载范围内的高变换效率。
为提高电路的开关频率准备了条件，使整机的轻量化，小型化成为可能，可进一步提高整机的功率变换密度，符合电力电子行业的发展方向。
电力电子技术高职高专第四版第6章 软开关技术
6.2.1 准谐振变换电路
1、零电压开关准谐振变换电路开关状态：
在t3 ~ t4期间，二极管D1导电使、 uT =0， iT =0 ，这时给 T施加驱动信 号，就可以使开关管 T 在零电压下开 通。 为了使 T在零电压下可靠开通，必 须选择谐振电路的参数使之满足下列 关系式：
图6.2.2 零电流关断准谐 振 DC/DC降压变换电路的 工作原理
6.2.1 准谐振变换电路
2、零电流开关准谐振变换电路 开关状态：
3） t2≤t≤t3阶段： 在此期间由于Lr、Cr谐振，iL为负值，二 极管D1导电，uT=0，若此时撤除驱动信号 ug， T可以在零电流下关断，无关断损耗。 t=t3时，ucr<ud，二极管D1截止，iT=iL=0， uT=Ud-ucr。 使T在零电流下关断的谐振电路参数关系 式：
图6.2.1 以DC/DC降压变换电路为例 的零电压开通准谐 振 变换电路的工作原理
6.2.1 准谐振变换电路
2、零电流开关准谐振变换电路
1） Cf足够大，在一个开关周期Ts中输 出负载电流IO和输出电压UO都恒定不变。 如果滤波电感Lf足够大，则Ts中If = I０恒 定不变。 2）假定t<0时，ug=0,T处于断态，D续流。 iT=iL=0， ID=If = I０ ， uT=Ud ， ucr=0， 续流二极管D截止， 3) 在t=0时T施加的驱动信号ug，把一 个开关周期Ts中的通、断过程可分为5个 开关状态，其电压、电流波形如图6.2.2 （b）~（e）所示。
6.2.1 准谐振变换电路
5、零电压多谐振开关电路开关状态：
从t=t0时刻开始，把一个开关周期Ts中的通、断过程分 为4个开关状态： １）t0≤t≤t1阶段 ２）t1≤t≤t2阶段 ３）t2≤t≤t3阶段 ４）t3≤t≤t4阶段
第6章 PWM软开关电路
6.1 概述 6.2 缓冲型PWM软开关电路
1
6.1
概述
■现代电力电子装置的发展趋势是小型化、轻量化，同时对装 置的效率和电磁兼容性也提出了更高的要求。 ■电力电子电路的高频化 ◆可以减小滤波器、变压器的体积和重量，电力电子装置 小型化、轻量化。 ◆开关损耗增加，电路效率严重下降，电磁干扰增大。 ■软开关技术——又称谐振开关技术，它利用以谐振为主的 辅助换流手段，解决了电路中的开关损耗和开关噪声问题， 使开关频率可以大幅度提高。 ■软开关技术是电力电子装置高频化重要而有效的途径之一。
7
6.1.2 零电压开关与零电流开关
◆零电流开关（Zero-current-switching, ZCS）——谐振电 感Lr与功率开关S相串联。在S开通之前，Lr的电流为零；当 S开通时，Lr限制S中电流的上升率，从而实现S的零电流开 通；而当S关断时，Lr和Cr谐振工作使Lr的电流回到零，从 而实现S的零电流关断。Lr和Cr为S提供了零电流开关的条件。
流和输出电压的波动，在分析中还
忽略元件与线路中的损耗。 ◆缓冲电路包含两部分 （1）Cs构成的强行无源关断缓冲电 路，使VG1和VD0具有ZVOFF环境。 （2）由VG2、VDS1、VDS2、Ls和Cs构成 的有源开通缓冲电路，为VG1和VD0
营造ZVON环境。
图6-2 ZVS-PWM-Boost电路 a)主电路结构 b)～f)电量波形 g)时区编号
TD TDm
LS I 0 U0 2 LS I 0 m U 0 min 2
LS CS
（6-15）
LS CS
（6-16）
（4）缓冲电路中仍然以硬关断方式工作
图6-2 ZVS-PWM-Boost电路 a)主电路结构 b)～f)电量波形 g)时区编号
开关电源 软开关技术
对元件性能要求高
软开关技术要求电路元件具有 更高的耐压和耐流能力，以及
更快的开关速度。
兼容性问题
在某些应用中，软开关技术可 能与现有硬件或标准不兼容，
需要进行适配或修改。
05
软开关技术的实际应用案例
案例一：LED驱本
详细描述
降低开关损耗
通过控制开关的电压和 电流，软开关技术可以 有效地降低开关过程中 的电压和电流应力，从 而减小开关损耗，提高
电源效率。
减小电磁干扰
由于软开关技术可以控 制开关过程中的电压和 电流波形，因此可以减 小开关过程中产生的电 磁干扰，提高电源的电
磁兼容性。
延长开关寿命
通过降低开关过程中的 电压和电流应力，软开 关技术可以延长开关器 件的寿命，降低电源维
03
软开关技术的工作原理
软开关技术的电路结构
电路组成
软开关技术通常由主电路、控制电路和辅助电路组成。主电路负责实现电能转 换，控制电路负责调节开关状态，辅助电路则提供必要的支持功能。
工作模式
根据电路结构和控制方式的不同，软开关技术有多种工作模式，如零电压开通、 零电流关断、零电压关断等。
软开关技术的控制方式
01
脉冲宽度调制（PWM）
通过调节脉冲宽度来控制开关的占空比，从而实现电压和电流的调节。
PWM控制方式简单、易于实现，但可能会产生较高的开关损耗。
02
脉冲频率调制（PFM）
通过调节脉冲频率来控制输出电压或电流，PFM控制方式具有较低的开
关频率，可以减小电磁干扰和开关损耗，但可能会影响输出性能。
03
混合调制（PWM+PFM）
开关电源的应用与发展
应用
pwm电路原理
pwm电路原理PWM电路原理。
PWM（Pulse Width Modulation）是一种常见的调制技术，它通过改变信号的脉冲宽度来实现对电路的控制。
在各种电子设备中，PWM技术被广泛应用，例如电源管理、电机驱动、LED调光等领域。
本文将介绍PWM电路的原理及其在实际应用中的重要性。
1. PWM电路原理。
PWM电路的基本原理是通过控制信号的占空比来实现对电路的控制。
在PWM信号中，周期固定不变，通过改变高电平的持续时间来控制输出信号的强弱。
通常情况下，PWM信号的周期越短，高电平的持续时间越长，输出信号的平均功率就越大。
PWM信号的频率和占空比是两个重要的参数。
频率决定了信号的周期，而占空比则决定了信号的强弱。
通过调节这两个参数，可以实现对电路输出的精确控制。
2. PWM电路的应用。
PWM电路在电子设备中有着广泛的应用。
其中，最常见的应用之一是电机驱动。
通过改变PWM信号的占空比，可以控制电机的转速和转向，实现精确的电机控制。
此外，PWM技术还可以用于LED调光，通过改变PWM信号的占空比，可以实现对LED亮度的精确调节。
另外，PWM技术还被广泛应用于电源管理领域。
通过PWM控制电路的开关，可以实现高效的能量转换和稳定的电压输出。
这在各种电子设备中都有着重要的应用，特别是在便携式设备和电源适配器中。
3. PWM电路的优势。
与传统的调制技术相比，PWM技术具有许多优势。
首先，PWM信号的频率和占空比可以精确控制，可以实现对电路输出的精确调节。
其次，PWM电路结构简单，成本低廉，易于实现。
此外，PWM技术还可以实现高效能量转换，提高电路的能效。
4. 结语。
总的来说，PWM电路是一种重要的调制技。
软开关电源原理图
软开关电源原理图
在软开关电源的原理图中，主要包含了以下几个组成部分：输入滤波电路、整流电路、开关电源控制电路、功率变换电路和输出滤波电路。
输入滤波电路用于滤除输入电源中的高频噪声和尖峰干扰，保证后续电路能够获得稳定的输入电压。
整流电路将交流输入电源转换为直流电压，并通过电容进行平滑滤波，使电源输出电压更稳定。
开关电源控制电路负责控制开关器件的开关时间和开关频率，以实现电源的高效率转换。
其中包括主控芯片和驱动电路。
主控芯片负责监测输出电压，根据反馈信息控制开关器件的开关时间，并通过PWM信号控制驱动电路，实现开关器件的开关操作。
功率变换电路是用于将输入电源的电能转换为输出电源所带负载需要的电能。
具体包括变压器、电感和开关器件等。
变压器用于提高或降低电压级别，电感用于储能和滤波。
开关器件则负责将输入电源按一定的频率开关，实现能量的转移和变换。
输出滤波电路用于进一步滤除输出电压中的高频脉动，并保证输出电源提供给负载的电压稳定性。
总之，软开关电源通过合理的电路设计和控制方式，提高了电源的效率和稳定性，适用于各种场合的电源供应需求。
一种基于PWM软开关模式的开关电源设计方案
一种基于PWM软开关模式的开关电源设计方案
移相全桥变换器可以大大减少功率管的开关电压、电流应力和尖刺干扰，降低损耗，提高开关频率。
如何以UC3875 为核心，设计一款基于PWM 软开关模式的开关电源?请见下文详解。
主电路分析
这款软开关电源采用了全桥变换器结构，使用MOSFET 作为开关管来使用，参数为1000V/24A.采用移相ZVZCSPWM 控制，即超前臂开关管实现ZVS、滞后臂开关管实现ZCS.电路结构简
其基本工作原理如下：
当开关管VT1、VT4 或VT2、VT3 同时导通时，电路工作情况与全桥变换器的硬开关工作模式情况一样，主变压器原边向负载提供能量。
通过移相控制，在关断VT1 时并不马上关断VT4,而是根据输出反馈信号决定移相角，经过一定时间后再关断VT4,在关断VT1 之前，由于VT1 导通，其并联电容C1 上电压等于VT1 的导通压降，理想状况下其值为零，当关断VT1 时刻，C1 开始充电，由于电容电压不能突变，因此，VT1 即是零电压关断。
由于变压器漏感L1k 以及副边整流滤波电感的作用，VT1 关断后，原边电流不能突变，继续给Cb 充电，同时C2 也通过原边放电，当C2 电压降到零后，VD2 自然导通，这时开通VT2,则VT2 即是零电压开通。
当C1 充满电、C2 放电完毕后，由于VD2 是导通的，此时加在变压器原边绕组和漏感上的电压为阻断电容Cb 两端电压，原边电流开始减小，但继续给Cb 充电，直到原边电流为零，这时由于VD4 的阻断作用，电容Cb 不能通过VT2、VT4、VD4 进行放电，Cb 两端电压维持不变，这时流过VT4 电流。
第6章 PWM 软开关电路
17.2 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， 零电压电路和零电流电路 分为零电压电路 零电流电路 零电压电路 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 准谐振电路、零开关 电路和零 准谐振电路 零开关PWM电路 零 电路 转换PWM电路 电路。 转换 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
电力电子技术
Power Electronic Technology
第十七讲
17.0 概述
软开关技术
17.1 软开关的基本概念 17.2 软开关电路的分类 17.3 典型的软开关电路
17.0
概
述
电力电子装置高频化
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。 开关损耗增加，电磁干扰增大。
Lr Cr S1 S VD1
Lr Cr L VD S VD1
S1 L VD b)
图7-6
零转换PWM电路的基本开关单元
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
a)
零转换PWM电路特点 电路特点 零转换
特点： 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。
软开关技术
降低开关损耗和开关噪声。 进一步提高开关频率。
17.1 软开关的基本概念
17.1.1 硬开关与软开关 17.1.2 零电压开关与零电流开关
17.1.1 硬开关与软开关
硬开关： 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。
电力电子应用技术最新版精品课件-第六章PWM调制技术和软开关技术
图6-3 SPWM波形
6.2.1 SPWM逆变电路的控制方法
■ 逆变电路产生SPWM波的主要方法有三种：计算法、调制法和跟踪法 ■ 调制法
工作原理
➢ 把希望输出的波形作调制信号(调制波)，通过对此信号波的调制得到所期望的 PWM波；
➢ 为使一相的PWM波正负半周镜对称，N应取奇数；
➢ fr很低时，fc也很低，由调制带来的谐波不易滤除； ➢ fr很高时，fc会过高，使开关器件难以承受。
6.2.1 SPWM逆变电路的控制方法
■ 异步调制和同步调制
分段同步调制——异步调制和同步调制的综合应用
➢ 把整个fr范围划分成若干个频段，每个频段内保 持N恒定，不同频段的N不同；
uUV uUN' uVN'
uVW uVN' uWN'
uWU uWN' uUN'
(6-5)
➢ 负载相电压
uUN uUN' uNN'
uVN uVN' uNN'
uWN Байду номын сангаасWN' uNN '
➢ 将上面各式相加，可得
uNN'
1 3 (uUN'
uVN'
uWN'
)
1 3 (uUN
6.2.2 SPWM逆变电路 ■ 单极性PWM控制方式工作原理(单相逆变)
➢ 在ur和uc的交点时刻控制IGBT的通断。 ➢ 在ur的正半周，V1保持通态，V2保持断态。 • 当ur>uc时使V4导通，V3关断， uo=Ud。 • 当ur<uc时使V4关断，V3导通，uo=0。 ➢ 在ur的负半周，V1保持断态，V2保持通态。 • 当ur<uc时使V3导通，V4关断，uo=-Ud。 • 当ur>uc时使V3关断，V4导通，uo=0。
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17.2 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， 零电压电路和零电流电路 分为零电压电路 零电流电路 零电压电路 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 准谐振电路、零开关 电路和零 准谐振电路 零开关PWM电路 零 电路 转换PWM电路 电路。 转换 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
L r r i Cr S
Cr in Lr
iLr
缺点：电压谐振峰值很高，增 缺点：
加了对开关器件耐压的要求。
IL O t0 t 1 t2 t3 t 4 t0
t
图 7－13 谐振直流环电路的理想化波形
移相全桥型零电压开关PWM PWM电路 17.3.3 移相全桥型零电压开关PWM电路
同硬开关全桥电路相比，仅增加了一个谐振电感， 就使四个开关均为零电压开通； 移相全桥电路控制方式的特点：
S
O Cr S Lr VDS Ui VD C R A L
t t t t t t0 t1 t2 t3t4t5 t6
b)
uS (uCr)
O
iS iLr
O
O uVD O a)
t0
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
17.1.2 零电压开关与零电流开关
零电流开关：使开关关断前其电流为零，则开关关 零电流开关 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。
S O uS (uCr) O iS
VD C R
t
t t
Ui
O iLr O uVD
t
图7-7 零电压开关准谐振电路原理图
O t0t1 t2 t3 t4 t5 t6 t0
t
图7-8 零电压开关准谐振电路的理想化波形
17.3.1 零电压开关准谐振电路
工作原理
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线 性上升，同时VD两端电压uVD逐渐下降，直到t1时刻，uVD=0，VD导 通。这一时段uCr的上升率：
17.3 典型的软开关电路
17.3.1 零电压开关准谐振电路 17.3.2 谐振直流环 17.3.3 移相全桥型零电压开关PWM电路 移相全桥型零电压开关PWM电路 PWM 零电压转换PWM PWM电路 17.3.4 零电压转换PWM电路
17.3.1 零电压开关准谐振电路
Cr S VDS L
+ uCr A IL Cr Ui
（7-1）
图7-9 零电压开关准谐振电路 在t0～t1时段等效电路
17.3.1 零电压开关准谐振电路
工作原理
t1~t2时段：t1时刻二极管VD导通，电感L通过VD续流，Cr、Lr、 Ui形成谐振回路。t2时刻，iLr下降到零，uCr达到谐振峰值。 t2~t3 时段：t2 时刻后，Cr 向Lr 放电，直到t3 时刻，uCr=Ui ，iLr 达 到反向谐振峰值。 t3~t4时段：t3时刻以后，Lr向Cr反向充电，uCr继续下降，直到t4 时刻uCr=0。
Cr Lr S VD L S Cr VD Cr1 Lr L S Cr2 Lr L VD
a)
b)
c)
图 7-4
准谐振电路的基本开关单元
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
17.2 软开关电路的分类
零电流开关准谐振电路(Zero-Current-Switching QuasiResonant Converter—ZCS QRC）； 零电压开关多谐振电路(Zero-Voltage-Switching MultiResonant Converter—ZVS MRC）； 用于逆变器的谐振直流环节(Resonant DC Link）。 (Resonant Link 特点： 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（Pulse Frequency Modulation—PFM）方式来控 制。
软开关技术
降低开关损耗和开关噪声。 进一步提高开关频率。
17.1 软开关的基本概念
17.1.1 硬开关与软开关 17.1.2 零电压开关与零电流开关
17.1.1 硬开关与软开关
硬开关： 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： 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。 软开关有时也被成为谐振开关。
工作原理： 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。
17.1.2 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 零电压开关 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。
电力电子技术
Power Electronic Technology
第十七讲
17.0 概述
软开关技术
17.1 软开关的基本概念 17.2 软开关电路的分类 17.3 典型的软开关电路
17.0
概
述
电力电子装置高频化
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。 开关损耗增加，电磁干扰增大。
电路的工作过程： 电路的工作过程 ： 将电 路等效为图7-12。
t0~t1 时段：t0 时刻之前， 开关S处于通态，iLr>IL ，。 t0 时刻S关断，电路中 发生谐振。iLr对Cr充电，t1 时刻，uCr=Ui。 t1~t2时段：t1时刻，谐振电 流 iLr 达 到 峰 值 。 t1 时刻以后，iLr 继续向 Cr充电，直到t2时刻iLr=IL， uCr达到谐振峰值。
Lr Cr S1 S VD1
Lr Cr L VD S VD1
S1 L VD b)
图7-6
零转换PWM电路的基本开关单元
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
a)
零转换PWM电路特点 电路特点 零转换
特点： 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。
17.3.2 谐振直流环
谐振直流环电路应用于交流-直流-交流变换电路的中间 直流环节（DC-Link）。通过在直流环节中引入谐振， 使电路中的整流或逆变环节工作在软开关的条件下。
Lr Ui S VDS Cr
谐振直流环电路原理图
图7－11
17.3.2 谐振直流环
iLr Lr Cr Ui S VDS + uCr L R IL
图7－12
uCr
谐振直流环电路的等效电路
Ui O iLr IL O t0 t1 t2 t3 t4 t0 t
t
图 7－13 谐振直流环电路的理想化波形
17.3.2 谐振直流环
I t2~t3 时段：uCr 向Lr 和L放电， L L iLr 降低，到零后反向，直到t3 C + S U R u 时刻uCr=Ui。 VD t3~t4 时段：t3 时刻，iLr 达到反 向谐振峰值，开始衰减，uCr 继续下降， t4时刻，uCr=0， 图7－12 谐振直流环电路的等效电路 u S的反并联二极管VDS导通， uCr被箝位于零。 U t t4~t0 时段：S导通，电流iLr 线 O 性上升，直到t0 时刻，S再次 i 关断。
1 1
（7-2）
t ∈ [t1 , t 4 ]
t4~t5时段：VDS导通，uCr被箝位于零，iLr线性衰减，直到t5时刻， iLr=0。由于这一时段S两端电压为零，所以必须在这一时段使开 关S开通，才不会产生开通损耗。 t5~t6时段：S为通态，iLr线性上升，直到t6时刻，iLr=IL，VD关断。 t4到t6时段电流iLr的变化率为：
17.2 软开关电路的分类
2． 零开关PWM电路 ． 零开关 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-Switching PWM Converter—ZVS PWM）； 零电流开关PWM电路（Zero-Current-Switching PWM Converter—ZCS PWM）。
t ∈ [t1 , t4 ]
（7-4）
uCr的谐振峰值表达式（即开关S承受的峰值电压）：
Up = Lr I L + Ui Cr
（7-5）
零电压开关准谐振电路实现软开关的条件： Lr （7-6） I L ≥ Ui Cr 缺点： 缺点：谐振电压峰值将高于输入电压Ui的2倍，增加了对开关器 件耐压的要求。
Cr S S1 Lr VD L S S1 Cr VD Lr L
图7-5 零开关PWM电路的基本开关单元
a）零电压开关PWM电路的基本开关单元 b）零电流开关PWM电路的基本开关单元
a) b) 特点： 特点： 电压和电流基本上是方波，只是上升沿和下降沿较缓，开关承受 的电压明显降低； 电路可以采用开关频率固定的PWM控制方式。
17.2 软开关电路的分类