第十九讲：软开关的基本概念及分类
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关断过程 开通过程 S O uS O iS R O uVD O a) t0 t1 b) t t t t
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பைடு நூலகம்
硬开关过程中的电压和电流 a) 关断过程 b)开通过程
软开关与硬开关的概念
——软开关的概念：
在硬开关电路中增加很小的电感、电容等辅助元件，这一复合开关称 为软开关。
第十九讲：软开关的基本概念及分类 1、 软开关技术产生的背景
2、 软开关与硬开关的概念 3、 软开关的分类
4、 软开关电路的分类
重点掌握：2、3、4
1
软开关技术产生的背景
——现代电力电子装置（电路）的发展趋势是什么？ 体积小型化、重量轻量化、效率高效化、电磁兼容性优良化
——体积小型化、重量轻量化的直接途径：
17
软开关电路的分类
——零转换PWM软开关电路 产生的背景: 为克服零开关PWM电路的缺陷 而产生的. 概念: 所含软开关为零转换PWM软开 关的电路. 零转换PWM软开关单元的分类： （1）零电压转换PWM（ZVT
PWM）软开关
18
软开关电路的分类
——零转换PWM电路 零转换PWM软开关单元的分类： （2）零电流转换PWM（ZVT
零转换PWM软开关电路: 软开关由零转换PWM开关单元来实现,采用调宽控制开关的开通
10
软开关电路的分类
——准谐振软开关电路
概念: 在硬开关单元上增加谐振电感和谐振电容，构造成谐振开关单元， 进而实现软开关功能。 分类：
（1）零电压开关准谐振电路（ZVS QRC）； （2）零电流开关准谐振电路(ZCS QRC)； （3）零电压开关多谐振电路（ZVS MRC）。 （4）用于逆变器的谐振直流环节电路RDCL
1零电压转换pwm软开关电路2零电流转换pwm软开关电路20准谐振电路?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软开关电路的分类软开关电路一览表21?用于逆变器的谐振直流环节电路resonantdclink零开关pwm电路?零电压开关pwm电路zvspwm?零电流开关pwm电路zcspwm零转换pwm电路?零电压转换pwm电路zvtpwm?零电流转换pwm电路zctpwm
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软开关的分类 ——零电压软开关：
开关导通（关断）前电压先降为零或很小，实现零电压开 通（关断）的开关叫零电压开关（ZVS） 开关特性：
开关过程不是瞬时完成的， 有一个时间过程； 开通、关断前电压为零或很 小； 开关损耗为零或很小； 开关噪声很小。
7
软开关的分类 ——零电流软开关：
开关导通（关断）前电流先降为零或很小，实现零电流开 通（关断）的开关叫零电流开关（ZCS） 开关特性：
开关过程不是瞬时完成的， 有一个时间过程； 开通、关断前电流为零或很 小； 开关损耗为零或很小； 开关噪声很小。
8
软开关电路的分类
——软开关电路的概念: 开关采用软开关的电力电子电路
——软开关电路的分类（两种分类方法）
21
——提高电力开关频率后的负面影响： 提高开关频率的同时，开关损耗也随之增加，电路效率下降， 电磁干扰增大 ——解决之道：
软开关技术，既能使开关频率可以大幅度提高，又能降低开 关电路中的开关损耗和开关噪声
3
软开关与硬开关的概念
——一点声明：
理想开关没有硬开关与软开关之分； 理想开关的“开”与“关”是在瞬间完成的，忽略了开关 过程对电路的影响；
产生背景: 准谐振电路需要采用调频控制， 控制电路设计较为困难. 概念: 采用零开关PWM软开关的电路 零开关PWM软开关的分类：
（1）零电压开关PWM（ZVS PWM） 软开关
15
软开关电路的分类 ——零开关PWM电路
零开关PWM软开关的分类：
（2）零电流开关PWM（ZVS PWM） 软开关
关断过程 S O uS O iS R uVD a) O O t0 t1 b) 开通过程 t t t t
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软开关与硬开关的概念
——硬开关的概念：
开关过程不是瞬时完成的，有一个时间过程； 在开关过程中，开关器件的电压、电流均不为零； 产生开通损耗和关断损耗，总和称为开关损耗； 开关频率越高，开关损耗越大，电路效率就越低； 电压和电流的变化很快，产生高di/dt和du/dt，波形出现过冲和振荡， 导致开关噪声的产生,易电磁干扰；
开关特性：
u u u i 开关过程不是瞬时完成的，有一个时间过程；
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开通、关断过程电压、电流任意一项为零或 0 很小； 开关损耗为零或很小； 降低电压、电流的变化率，从而大大减小甚 0 至消除开关噪声。
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软开关过程中的电压和电流 a) 关断过程 b)开通过程
滤波电感、电容和变压器体积和重量中很大比例； 提高开关频率，可以相应提高滤波器的截止频率，从 而可以选用较小的电感和电容； 变压器工作频率越高，绕组匝数越少，所需铁心的窗 口面积越小，减少变压器的体积和重量； 结论：电力电子装置小型化、轻量化的根本途径：
提高电力开关频率
2
软开关技术产生的背景
PWM）软开关
19
软开关电路的分类
零转换PWM软开关电路的分类：
（1）零电压转换PWM软开关电路 （2）零电流转换PWM软开关电路
20
软开关电路的分类
软开关电路一览表
准谐振电路 零电压开关准谐振电路(ZVS QRC） 零电流开关准谐振电路(ZCS QRC） 零电压开关多谐振电路(ZVS MRC） 用于逆变器的谐振直流环节电路(Resonant DC Link） 零开关PWM电路 零电压开关PWM电路（ZVS PWM） 零电流开关PWM电路（ZCS PWM） 零转换PWM电路 零电压转换PWM电路（ZVT PWM） 零电流转换PWM电路（ZCT PWM）
13
软开关电路的分类
——准谐振电路的优缺点总结:
谐振使电路的开关损耗和开关噪声都大大下降 缺点： 谐振电压峰值很高，要求器件耐压必须提高； 谐振电流的有效值很大，造成电路导通损耗加 大； 准谐振电路只能采用脉冲频率调制PFM方式来 控制。
14
软开关电路的分类 ——零开关PWM软开关电路
11
软开关电路的分类
——零电压谐振软开关
谐振电容Cr和开关S是并联的。 S导通时，Cr两端的电压为0，S关断时，限 制S上电压的上升率，实现的零电压关断； 在S开通前，Lr和Cr谐振工作使Cr的电压自 然回0，实现的零电压开通。
12
软开关电路的分类
——零电流谐振软开关
谐振电感Lr和开关S是串联的。 S开通之前， Lr的电流为0，开通时， Lr限制S中电流的上升率，实现零电流 开通； S关断前， Lr和Cr谐振工作使Lr的电流 自然回0，实现零电流关断。
16
软开关电路的分类
零开关PWM软开关电路分类：
（1）零电压开关PWM软开关电路 （2）零电流开关PWM软开关电路
不足：
准谐振和零开关PWM电路，谐振电感Lr与主开关串联，开关要担负谐振 电流、负载电流； 软开关的实现是以增加开关器件的电压电流应力作为代价的； 并且软开关的实现条件受输入电压和负载变化影响较大，轻载时可能会失 去软开关的条件；
Ⅰ根据电路中主要的开关器件是零电压软开关还是零电流软开关分 类：
零电压电路和零电流电路两大类。
9
软开关电路的分类
Ⅱ根据软开关实现技术的不同可分为:
准谐振软开关电路: 软开关由谐振开关单元来实现,采用调频控制开关的开通
零开关PWM软开关电路: 软开关由零开关PWM开关单元来实现,采用调宽控制开关的开通
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பைடு நூலகம்
硬开关过程中的电压和电流 a) 关断过程 b)开通过程
软开关与硬开关的概念
——软开关的概念：
在硬开关电路中增加很小的电感、电容等辅助元件，这一复合开关称 为软开关。
第十九讲：软开关的基本概念及分类 1、 软开关技术产生的背景
2、 软开关与硬开关的概念 3、 软开关的分类
4、 软开关电路的分类
重点掌握：2、3、4
1
软开关技术产生的背景
——现代电力电子装置（电路）的发展趋势是什么？ 体积小型化、重量轻量化、效率高效化、电磁兼容性优良化
——体积小型化、重量轻量化的直接途径：
17
软开关电路的分类
——零转换PWM软开关电路 产生的背景: 为克服零开关PWM电路的缺陷 而产生的. 概念: 所含软开关为零转换PWM软开 关的电路. 零转换PWM软开关单元的分类： （1）零电压转换PWM（ZVT
PWM）软开关
18
软开关电路的分类
——零转换PWM电路 零转换PWM软开关单元的分类： （2）零电流转换PWM（ZVT
零转换PWM软开关电路: 软开关由零转换PWM开关单元来实现,采用调宽控制开关的开通
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软开关电路的分类
——准谐振软开关电路
概念: 在硬开关单元上增加谐振电感和谐振电容，构造成谐振开关单元， 进而实现软开关功能。 分类：
（1）零电压开关准谐振电路（ZVS QRC）； （2）零电流开关准谐振电路(ZCS QRC)； （3）零电压开关多谐振电路（ZVS MRC）。 （4）用于逆变器的谐振直流环节电路RDCL
1零电压转换pwm软开关电路2零电流转换pwm软开关电路20准谐振电路?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软开关电路的分类软开关电路一览表21?用于逆变器的谐振直流环节电路resonantdclink零开关pwm电路?零电压开关pwm电路zvspwm?零电流开关pwm电路zcspwm零转换pwm电路?零电压转换pwm电路zvtpwm?零电流转换pwm电路zctpwm
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软开关的分类 ——零电压软开关：
开关导通（关断）前电压先降为零或很小，实现零电压开 通（关断）的开关叫零电压开关（ZVS） 开关特性：
开关过程不是瞬时完成的， 有一个时间过程； 开通、关断前电压为零或很 小； 开关损耗为零或很小； 开关噪声很小。
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软开关的分类 ——零电流软开关：
开关导通（关断）前电流先降为零或很小，实现零电流开 通（关断）的开关叫零电流开关（ZCS） 开关特性：
开关过程不是瞬时完成的， 有一个时间过程； 开通、关断前电流为零或很 小； 开关损耗为零或很小； 开关噪声很小。
8
软开关电路的分类
——软开关电路的概念: 开关采用软开关的电力电子电路
——软开关电路的分类（两种分类方法）
21
——提高电力开关频率后的负面影响： 提高开关频率的同时，开关损耗也随之增加，电路效率下降， 电磁干扰增大 ——解决之道：
软开关技术，既能使开关频率可以大幅度提高，又能降低开 关电路中的开关损耗和开关噪声
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软开关与硬开关的概念
——一点声明：
理想开关没有硬开关与软开关之分； 理想开关的“开”与“关”是在瞬间完成的，忽略了开关 过程对电路的影响；
产生背景: 准谐振电路需要采用调频控制， 控制电路设计较为困难. 概念: 采用零开关PWM软开关的电路 零开关PWM软开关的分类：
（1）零电压开关PWM（ZVS PWM） 软开关
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软开关电路的分类 ——零开关PWM电路
零开关PWM软开关的分类：
（2）零电流开关PWM（ZVS PWM） 软开关
关断过程 S O uS O iS R uVD a) O O t0 t1 b) 开通过程 t t t t
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软开关与硬开关的概念
——硬开关的概念：
开关过程不是瞬时完成的，有一个时间过程； 在开关过程中，开关器件的电压、电流均不为零； 产生开通损耗和关断损耗，总和称为开关损耗； 开关频率越高，开关损耗越大，电路效率就越低； 电压和电流的变化很快，产生高di/dt和du/dt，波形出现过冲和振荡， 导致开关噪声的产生,易电磁干扰；
开关特性：
u u u i 开关过程不是瞬时完成的，有一个时间过程；
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开通、关断过程电压、电流任意一项为零或 0 很小； 开关损耗为零或很小； 降低电压、电流的变化率，从而大大减小甚 0 至消除开关噪声。
u u i 0 P u i t t 0 P 0
软开关过程中的电压和电流 a) 关断过程 b)开通过程
滤波电感、电容和变压器体积和重量中很大比例； 提高开关频率，可以相应提高滤波器的截止频率，从 而可以选用较小的电感和电容； 变压器工作频率越高，绕组匝数越少，所需铁心的窗 口面积越小，减少变压器的体积和重量； 结论：电力电子装置小型化、轻量化的根本途径：
提高电力开关频率
2
软开关技术产生的背景
PWM）软开关
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软开关电路的分类
零转换PWM软开关电路的分类：
（1）零电压转换PWM软开关电路 （2）零电流转换PWM软开关电路
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软开关电路的分类
软开关电路一览表
准谐振电路 零电压开关准谐振电路(ZVS QRC） 零电流开关准谐振电路(ZCS QRC） 零电压开关多谐振电路(ZVS MRC） 用于逆变器的谐振直流环节电路(Resonant DC Link） 零开关PWM电路 零电压开关PWM电路（ZVS PWM） 零电流开关PWM电路（ZCS PWM） 零转换PWM电路 零电压转换PWM电路（ZVT PWM） 零电流转换PWM电路（ZCT PWM）
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软开关电路的分类
——准谐振电路的优缺点总结:
谐振使电路的开关损耗和开关噪声都大大下降 缺点： 谐振电压峰值很高，要求器件耐压必须提高； 谐振电流的有效值很大，造成电路导通损耗加 大； 准谐振电路只能采用脉冲频率调制PFM方式来 控制。
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软开关电路的分类 ——零开关PWM软开关电路
11
软开关电路的分类
——零电压谐振软开关
谐振电容Cr和开关S是并联的。 S导通时，Cr两端的电压为0，S关断时，限 制S上电压的上升率，实现的零电压关断； 在S开通前，Lr和Cr谐振工作使Cr的电压自 然回0，实现的零电压开通。
12
软开关电路的分类
——零电流谐振软开关
谐振电感Lr和开关S是串联的。 S开通之前， Lr的电流为0，开通时， Lr限制S中电流的上升率，实现零电流 开通； S关断前， Lr和Cr谐振工作使Lr的电流 自然回0，实现零电流关断。
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软开关电路的分类
零开关PWM软开关电路分类：
（1）零电压开关PWM软开关电路 （2）零电流开关PWM软开关电路
不足：
准谐振和零开关PWM电路，谐振电感Lr与主开关串联，开关要担负谐振 电流、负载电流； 软开关的实现是以增加开关器件的电压电流应力作为代价的； 并且软开关的实现条件受输入电压和负载变化影响较大，轻载时可能会失 去软开关的条件；
Ⅰ根据电路中主要的开关器件是零电压软开关还是零电流软开关分 类：
零电压电路和零电流电路两大类。
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软开关电路的分类
Ⅱ根据软开关实现技术的不同可分为:
准谐振软开关电路: 软开关由谐振开关单元来实现,采用调频控制开关的开通
零开关PWM软开关电路: 软开关由零开关PWM开关单元来实现,采用调宽控制开关的开通