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
软开关技术在开关电源中的应用作者：陶永强丁旭王明强来源：《中国科技博览》2014年第21期[摘要]软开关PWM技术集谐振变换器与PWM控制的优点于一体，既能实现功率管的零电压开关，又能实现功率管的恒定频率控制，是电力电子技术的发展方向之一。
与传统PWM 硬开关变换器相比，元器件的电压、电流应力小，仅仅增加了一个谐振电感，成本和电路的复杂程度没有增加。
移相控制零电压开关PWM变换器就是软开关PWM技术中的一种拓扑，它适用于中、大功率直流一直流变换场合。
[关键词]软开关技术谐振原理电源中图分类号：TP271 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2014）21-0384-01引言近年来，电力电子技术发展迅猛，直流开关电源广泛应用于计算机、航空航天等领域。
如今，笨重型、低效电源装置已被小型、高效电源所取代。
为了实现电源装置的高性能、高效率、高可靠性，减小体积和重量，必须实现开关电源的高频化。
开关电源的高频化不仅减小了功率变换器的体积，增大了变换器的功率密度和性能价格比，而且极大地提高了瞬时响应速度，抑制了电源所产生的开关噪声，从而已成为新的发展趋势。
1.软开关发展应时而生以前的开关电源大多数采用脉宽调制技术（PWM），称为“硬开关”（HARDSWITCH）电源。
硬开关和软开关是针对开关管（MOSFET）来讲的，硬开关是不管开关管（DS极或CE 极）上的电压或电流，强行开或关开关管，当开关管上（DS极或CE极）电压及电流较大时开关管动作，由于开关管状态间的切换（由开到关，或由关到开）需要一定的时间，这会造成在开关管状态间切换的某一段时间内电压和电流会有一个交越区域，这个交越造成的开关管损耗称为开关管的切换损耗。
软开关是指通过检测开关管电流或其他技术，做到当开关管两端电压或流过开关管电流为零时才导通或关断开关管，这样开关管就不会存在切换损耗。
一般来说软开关的效率较高（因为没有切换损）；工作频率较高，PFC或变压器体积可以减少，所以体积可以做的更小。
开关电源软开关技术原理简介
开关电源软开关技术原理简介开关电源是现代电子设备中常见的电源供应方式之一，具有高效率、小体积、轻便等优点。
而软开关技术作为一种先进的电源开关技术，被广泛应用于开关电源中，以提高其性能和可靠性。
本文将对软开关技术的原理进行简要介绍。
软开关技术是一种在开关电源中用于控制开关管导通和关断的技术。
传统的硬开关技术存在开关管开关速度慢、开关过程中会产生电压和电流的冲击等问题，而软开关技术则通过合理的控制开关管的导通和关断时机，以减小开关过程中的冲击，提高开关效率。
软开关技术主要包括零电压开关技术（ZVS）和零电流开关技术（ZCS）。
其中，ZVS技术是通过在开关管导通和关断时将电压降至零来实现的，而ZCS技术是通过在开关管导通和关断时将电流降至零来实现的。
在软开关技术中，ZVS技术是较为常见的一种。
其原理是利用谐振电路使得开关管在导通和关断时电压降至零，以减小开关过程中的电压冲击。
具体来说，当开关管导通时，谐振电路中的电容器充电，使得电压逐渐增加；而当开关管关断时，谐振电路中的电感器释放能量，使得电压逐渐降低，直至降至零。
通过合理设计谐振电路的参数和控制开关管的导通和关断时机，可以实现零电压开关，减小开关过程中的电压冲击。
与ZVS技术相比，ZCS技术在某些场合下更为适用。
ZCS技术的原理是利用谐振电路使得开关管在导通和关断时电流降至零，以减小开关过程中的电流冲击。
具体来说，当开关管导通时，谐振电路中的电感器储存能量，使得电流逐渐增加；而当开关管关断时，谐振电路中的电容器释放能量，使得电流逐渐降低，直至降至零。
通过合理设计谐振电路的参数和控制开关管的导通和关断时机，可以实现零电流开关，减小开关过程中的电流冲击。
总的来说，软开关技术通过合理控制开关管的导通和关断时机，以减小开关过程中的冲击，提高开关效率。
ZVS技术和ZCS技术是软开关技术中常用的两种实现方式。
在实际应用中，软开关技术可以提高开关电源的效率和可靠性，减小对其他电子元器件的损伤，同时也有利于降低电磁干扰和提高整体系统的抗干扰能力。
开关电源的电磁干扰解决方法
差模干扰抑制器通常使用低通滤波元件构成，最简单的就是一只滤波电容接在两根电源线之间而形成的输入滤波电路（如图6中电容CX1），只要电容选择适当，就能对高频干扰起到抑制作用。该电容对高频干扰阻抗甚底，故两根电源线之间的高频干扰可以通过它，它对工频信号的阻抗很高，故对工频信号的传输毫无影响。该电容的选择主要考虑耐压值，只要满足功率线路的耐压等级，并能承受可预料的电压冲击即可。为了避免放电电流引起的冲击危害，CX电容容量不宜过大，一般在0.01～0.1μF之间。电容类型为陶瓷电容或聚酯薄膜电容。
ID=2πfCYVcY
式中：ID为漏电流；
f为电网频率。
一般装设在可移动设备上的滤波器，其交流漏电流应<1mA；若为装设在固定位置且接地的设备上的电源滤波器，其交流漏电流应<3.5mA，医疗器材规定的漏电流更小。由于考虑到漏电流的安全规范，电容CY的大小受到了限制，一般为2.2～33nF。电容类型一般为瓷片电容，使用中应注意在高频工作时电容器CY与引线电感的谐振效应。
1.2 输入电流畸变造成的噪声
开关电源的输入普遍采用桥式整流、电容滤波型整流电源。，在没有 PFC功能的输入级，由于整流二极管的非线性和滤波电容的储能作用，使得二极管的导通角变小，输入电流i成为一个时间很短、峰值很高的周期性尖峰电流。这种畸变的电流实质上除了包含基波分量以外还含有丰富的高次谐波分量。这些高次谐波分量注入电网，引起严重的谐波污染，对电网上其他的电器造成干扰。为了控制开关电源对电网的污染以及实现高功率因数，PFC电路是不可或缺的部分。
SIMetrix在“开关电源及其软开关技术”教学中的应用
SIMetrix 在“开关电源及其软开关技术”教学中的应用为了完善专业的知识结构、配合学校培养应用型人才的办学思路，华南理工大学广州学院电气工程学院为本科生开设了“开关电源及其软开关技术”这门课程。
该课程是“电力电子技术” 的后续课程，系统地介绍了开关电源电路的结构组成、工作原理、设计方法和开发过程，其综合性、工程性和实用性很强。
目前，课程在教学中存在的主要问题：第一，虽然在课堂教学中使用了多媒体课件，但依然需要花费大量精力对电路工作原理及其波形进行描述和分析，学生仅凭听讲还是很难深入理解。
第二，在本科生中开设该课程的高校较少，在市场上很难找到针对该课程的实验装置，学生学习的理论知识得不到很好的验证。
第三，开关电源的硬件开发是一项知识面要求宽、难度大又危险的复杂技术工作，受时间、空间、物质条件等因素限制，在这方面不能做过多要求，因此学生动手能力得不到真正的锻炼。
为了弥补以上不足，本文提出在课程教学中引入SIMetrix 仿真工具。
借助该仿真软件，学生更容易理解理论知识，还可以在课堂外对所学的知识加以验证以及进行一些设计应用，从而激发学习的兴趣并增强实践能力。
一、SIMetrix 仿真软件介绍特点一：包含丰富的器件模型。
模型库不仅包含了理想的电路元件，同时还提供了比较通用的、常见的半导体器件和各类应用广泛的集成电路控制芯片，在此基础上足以构建完整的开关电源系统。
特点二：先进的测量功能。
波形可通过选择检测器然后点击原理图生成，或在原理图上放入固定的检测器生成，可在仿真后甚至仿真时查看波形，非常方便。
特点三：强大的波形处理功能。
为波形分析提供RMS、frequency、-3dB、FFT等40多种函数，选择这些函数可获得计算结果并显示在波形旁边。
特点四：具有多种分析功能。
包括瞬态分析、交流分析、直流分析、噪声分析、传输函数分析等，每种分析功能下又提供多种扫描模式，如频率扫描、器件扫描、参数扫描、模型参数扫描、温度扫描、蒙特卡罗扫描等等。
基于软开关的24V开关电源的设计与仿真
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重降低 了效率． 而采 用 软 开 关 不 对称 半 桥 可 以 降低
开关 损耗 ， 通过 提 高开关 频率来 减 小变 压器 的体 积． 此外 ， 开关不 对 称半桥 还能 减小 线路 的电磁干 扰 ． 软 软开 关不 对称 半桥 利用 寄生 电容 和变压 器 漏感 谐振
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图 ２ 全 桥 整 流 滤 波 电 路
当Ｓ 与 Ｓ 导通 时 ， ｗ 电压 为正 半周 ， Ｖ 对 Ｄ 、 Ｖ 加正 向电压 ， Ｄ Ｖ 导通 ， Ｄ Ｖ 、 Ｄ 电路 中构成 ｗ。 、
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１ ２ １ 开 关 电 源 总体 结构 ４Ｖ／ Ａ ２
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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。
TI开关电源基础知识
TI开关电源基础知识目录1. 内容概览 (3)1.1 电源的重要性 (4)1.2 开关电源的概述 (5)2. 开关电源的工作原理 (6)2.1 开关型转换器的基本结构 (7)2.2 电流连续和电压连续型转换器 (8)2.3 开关频率的选择 (10)3. 开关电源的类型 (11)3.1 反激式转换器 (12)3.2 正激式转换器 (14)3.3 桥式转换器 (14)3.4 半桥转换器 (16)3.5 推挽转换器 (17)4. 开关电源的设计流程 (18)4.1 系统级设计 (19)4.2 输入和输出电压的选择 (20)4.3 开关频率和占空比的确定 (21)4.4 主开关和滤波器的选择 (22)5. 关键组件和工作原理 (24)5.1 主开关 (26)5.2 次级侧整流二极管 (27)5.3 输入和输出滤波电感 (28)5.4 输出滤波电容器 (29)5.5 反馈网络 (31)6. 设计举例与案例分析 (31)6.1 反激式转换器设计实例 (33)6.2 正激式转换器设计实例 (34)6.3 桥式转换器设计实例 (35)6.4 半桥转换器设计实例 (37)6.5 推挽转换器设计实例 (39)7. 电源效率与负载调整率 (40)7.1 效率计算 (42)7.2 负载调整率 (43)8. 开关电源的设计注意事项 (43)8.1 EMI抑制措施 (45)8.2 热管理 (46)8.3 电磁兼容性与安全 (47)8.4 封装与稳定 (49)9. 现代开关电源技术 (50)9.1 软开关技术 (52)9.2 多相电源 (53)9.3 高频转换器技术 (54)9.4 变频技术 (55)9.5 数字控制技术 (56)10. 测试与调试 (58)10.1 工作频率和占空比的测试 (59)10.2 输出电压和波形的测试 (60)10.3 效率和负载调整率的测试 (61)10.4 EMI和噪声测试 (63)11. 结论与展望 (64)11.1 开关电源的发展趋势 (65)11.2 未来研究方向 (66)1. 内容概览开关电源作为现代电子设备中不可或缺的组成部分，以其高效、节能、小巧等特点赢得了广泛的应用。
软开关技术发展现状的研究
技术方案
3、零电压切换软开关技术：该技术通过在开关切换前将电压降至零，实现平 滑切换。其主要优点是可靠性高、电磁干扰小，但存在控制相对复杂、成本较高 等问题。
技术方案
4、零电流切换软开关技术：该技术通过在开关切换前将电流降至零，实现平 滑切换。其主要优点是可靠性高、电磁干扰小，但存在控制相对复杂、成本较高 等问题。
内容摘要
结论与展望：本次演示通过对软开关功率因数校正技术的研究，得出了其在 改善电力质量、提高功率因数和降低谐波污染方面的优势。实验结果表明，软开 关功率因数校正技术具有广泛的应用前景，尤其在新能源、智能电网等领域具有 重要意义。然而，该技术在实际应用中仍存在一定的挑战，如设备成本较高、占 地面积较大等问题。
开关电源技术的分类
开关电源技术的分类
开关电源技术按照不同的分类方式可以分为多种类型。根据工作原理，开关 电源可以分为硬开关和软开关两种。硬开关电源是通过开关器件的通断来实现电 源的开关，这种方式的优点是效率高、成本低，但缺点是开关器件的通断过程中 会产生很大的电流和电压冲击，容易导致电磁干扰和机械应力等问题。软开关电 源则是通过谐振、准谐振或直流叠加等技术实现开关器件的软开关，从而避免了 硬开关电源的这些问题。
背景
背景
软开关技术是一种在开关切换过程中，通过一定的控制策略，使开关器件的 电压和电流得到有效降低，从而实现平滑切换的技术。自20世纪90年代以来，随 着电力电子技术的快速发展，软开关技术得到了广泛和研究。然而，现有的软开 关技术方案在某些方面仍存在一定不足，如控制策略复杂、成本较高等，因此需 要进一步加以研究和完善。
内容摘要
智能软开关技术在配电系统中的应用场景非常广泛，主要体现在以下几个方 面。首先，在工业自动化领域，智能软开关技术可以应用于电力系统的运行监控、 电能质量管理和设备保护等方面，提高工业生产的稳定性和可靠性。其次，在建 筑智能化领域，智能软开关技术可以实现楼宇自动化控制、智能照明、能源管理 等功能，提高建筑的舒适性和节能性能。
浅谈开关电源电磁干扰及其抑制技术
浅谈开关电源电磁干扰及其抑制技术摘要：开关电源以其重量轻、体积小、效率高、可靠性高等优点得到了广泛的应用。
然而，开关电源的电磁干扰不容忽视。
近年来，随着科学技术的发展，电磁干扰问题涉及到的领域不断扩大。
特别是消费类电子电源的体积越来越小，功率越来越大，开关电源的功率密度越来越大，电磁干扰越来越严重，将极大地影响人们的生活和设备的运行。
因此，开关电源的电磁干扰抑制技术一直是国内相关技术人员的研究重点。
关键词：开关电源；电磁干扰；抑制技术引言随着电子信息技术的飞速发展，开关电源以其转换效率高、稳定性好等优点被广泛应用于各个领域。
开关电源在实际应用中经常发生电磁干扰，影响开关电源的使用体验。
解决开关电源的电磁干扰问题，促进开关电源的可靠稳定应用。
1.开关电源工作机理开关电源的主要作用是将电网交流电，转换为设备所需要的直流电，保证用电设备的正常运转。
开关电源电路主要由以下的部分组成：一、输入整流滤波电路；二、反馈控制电路；三、初级功率回路；四、次级整流滤波电路。
其中输入滤波电路主要包括过滤电网杂波的输入滤波器，其能阻止开关电源本身产生的干扰影响到电网，同时也能滤除电网的干扰，保证开关电源正常运行。
整流电路，将电网交流电转化为脉冲直流电。
给控制回路提供能量基础；反馈控制电路是是利用现代电力电子技术，通过对输出电压电流的采样比较，反馈控制开关管开通和关断的时间比率，以实现稳定输出，来满足电气设备的要求，保证整个电气部分的正常运行。
初级功率回路主要由高频变压器、初级开关管、功率检测电阻等组成。
接受反馈控制回路的调节，将整流电路的脉冲直流电，通过高频变压器传递到次级；次级整流滤波电路主要由次级二极管，储能及滤波电容和恒流恒压控制电路组成。
和反馈控制电路相关联，将变压器从初级传递的能量整流后进行一系列的处理，以提供设备所需的直流电压和电流。
1.电磁干扰的危害开关电源内部出现的电磁干扰可分为两种，一种是干扰信号通过导线或公共电源线进行传输，互相产生干扰称为传导干扰；另外一种是开关电源产生的干扰信号通过空间耦合把干扰信号传给另一个电网络或电子设备，称为辐射干扰。
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。
开关电源 软开关技术
06
详细描述
软开关技术能够降低开关电源内部的热损耗， 减少器件的温升，从而延长开关电源的使用寿 命。
软开关技术在DC/DC转换中的应用
总结词
高效率、高功率密度
详细描述
软开关技术在DC/DC转换中 能够实现高效率、高功率密 度的输出，尤其在高压、大 电流的电源应用中具有显著
优势。
总结词
降低噪声、减小振动
未来软开关技术将进一步向集成化和智能化方向发展，实现更小体积、
更高可靠性和智能化的电源设计。
03
多功能化和定制化趋势
随着电子设备功能的多样化，对电源的需求也越来越多样化，软开关技
术将进一步实现多功能化和定制化设计，以满足不同领域和不同应用场
景的需求。
05
结论
总结软开关技术在开关电源中的重要地位
软开关技术能够降低开关损耗，提高电源效率，减小散热需求，从而减小电源体积 和重量，提高电源的可靠性和稳定性。
工作原理
开关电源通过将输入直流电压转换为 高频交流电压，再通过整流和滤波电 路，将高频交流电压转换为直流输出 电压。
开关电源的分类与特点
分类
根据工作频率、电路结构、控制 方式等不同，开关电源可分为多 种类型，如恒压式、恒流式、脉 冲宽度调制式等。
特点
开关电源具有效率高、体积小、 重量轻、动态响应快等优点，广 泛应用于电子设备、通信设备、 电力设备等领域。
03
软开关技术在开关电源 中的应用
软开关技术在AC/DC转换中的应用
总结词
提高效率、降低损耗
01
02
详细描述
软开关技术在AC/DC转换中应用广泛，通过 降低开关损耗、提高转换效率，有效解决了 传统硬开关模式下的能效问题。
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
第六讲：开关电源新技术
第六讲：开关电源新技术这里所说的新技术，是指最近20年内发展起来的技术内容，涉及开关电源的效率、动态响应、功率因数等概念。
1．1、软开关技术开关管的损耗一直是开关变换器设计中的一个核心问题。
要减小开关电源的体积，降低输出电压纹波，提高开关频率是最直接有效的方法，但开关管的损耗正是限制开关频率提高的最大原因，开关管在导通或关断状态下的损耗（称为通态损耗和断态损耗）是比较小的，但在导通和关断动作过程中的损耗（称为导通损耗和关断损耗，即开关损耗）非常大，因为在这时开关管要同时承受高电压和大电流。
开关频率越高，开关损耗就越严重。
要降低开关损耗就必须从控制开关管的开关过程着手，使开关管上不能同时出现高电压和大电流。
传统的缓冲器（Snubber）电路（常用的电路，主要是保证开关管安全工作），能减小一些开关损耗，但程度非常有限而且又引入了缓冲电路的损耗。
给出一个典型的缓冲电路的形式（图3），图中虚线框内部分为缓冲器电路。
谐振（Resonant）的方法是能够大幅度降低开关损耗的方法。
谐振概念的产生比较早，广泛用于机械工业的中频感应加热炉其实就是一个利用负载产生谐振的例子。
但谐振的方法用于直流变换器则是在上世纪80年代才有较大的发展，首先建立起了零电压开关ZVS （Zero Voltage Switch）和零电流开关ZCS（Zero Current Switch）的概念，其基本思路是使开关管的电压或电流与外部谐振回路产生谐振，从而使开关管可以在零电压状态导通或是在零电流状态下关断。
这种方法的困难在于保证开关管的零压或零流条件（不同输电压和不同负载条件入），为解决这一问题发展了准谐振变换器QRC（Quasi Resonant Converter）的技术，也有ZVS-QRC和ZCS-QRC两类。
谐振方式的变换器最突出的优点就是极大地降低了开关损耗，使变换器的工作频率提高到了MHz量级的水平，适合在一些对体积和重量要求极为严格的场合（比如飞行器）中使用。
开关电源软开关技术
§5.1 软开关旳基本概念 §5.2 软开关电路旳分类 §5.3 经典旳软开关电路
1
引言
➢ 开关电源旳发展趋势 ☼ 小型化、轻量化，对效率和电磁兼容性也有很高要求。
➢ 电力电子装置高频化 ☼ 减小滤波器、变压器旳体积和重量，电力电子装置小 型化、轻量化。 ☼ 开关损耗增长，电路效率严重下降，电磁干扰增大。
关承受旳电压明显降低，电路能够采用开关频率固定旳
PWM控制方式。
Cr
S1
L
S
Lr
VD
Lr
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a) 零电压开关PWM电路旳基本 b) 零电流开关PWM电路旳基 12
开关单元
本开关单元
5.2.3 零转换PWM电路
采用辅助开关控制谐振旳开始时刻，谐振电路与主开关并联。
零转换PWM电路可分为零电压转换PWM电路（ZVT PWM） 和零电流转换PWM电路（ZCT PWM）。
零电流开关准谐振电路 （Zero-Current-Switching
Lr
L
S
Cr
VD
Quasi-Resonant Converter—ZCS QRC）
b) 零电流开关准谐振电路旳基本开关单元
Cr1
零电压开关多谐振电路
Lr
L
（Zero-Voltage-Switch Multi-Redonant Converter—
零电压开通 开关开通前其两端电压为零,开通时不会产生损耗和 噪声。
零电流关断 开关关断前电流为零,关断时不会产生损耗和噪声。
一般简称零电压开关和零电流开关。零电压开通和 零电流关断主要依托电路中旳谐振来实现。
零电压关断 开关并联旳电容能延缓开关关断后电压上升旳速度， 降低开关损耗。
开关电源常用保护电路-过热、过流、过压以及软启动保护电路
1引言随着科学技术的发展,电力电子设备与人们的工作、生活的关系日益密切,而电子设备都离不开可靠的电源,因此直流开关电源开始发挥着越来越重要的作用,并相继进入各种电子、电器设备领域,程控交换机、通讯、电子检测设备电源、控制设备电源等都已广泛地使用了直流开关电源。
同时随着许多高新技术,包括高频开关技术、软开关技术、功率因数校正技术、同步整流技术、智能化技术、表面安装技术等技术的发展,开关电源技术在不断地创新,这为直流开关电源提供了广泛的发展空间。
但是由于开关电源中控制电路比较复杂,晶体管和集成器件耐受电、热冲击的能力较差,在使用过程中给用户带来很大不便。
为了保护开关电源自身和负载的安全,根据了直流开关电源的原理和特点,设计了过热保护、过电流保护、过电压保护以及软启动保护电路。
2、开关电源的原理及特点2、1工作原理直流开关电源由输入部分、功率转换部分、输出部分、控制部分组成。
功率转换部分是开关电源的核心,它对非稳定直流进行高频斩波并完成输出所需要的变换功能。
它主要由开关三极管和高频变压器组成。
图1画出了直流开关电源的原理图及等效原理框图,它是由全波整流器,开关管V,激励信号,续流二极管Vp,储能电感和滤波电容C组成。
实际上,直流开关电源的核心部分是一个直流变压器。
2、2特点为了适应用户的需求,国内外各大开关电源制造商都致力于同步开发新型高智能化的元器件,特别是通过改善二次整流器件的损耗,并在功率铁氧体(Mn-Zn)材料上加大科技创新,以提高在高频率和较大磁通密度下获得高的磁性能,同时SMT 技术的应用使得开关电源取得了长足的进展,在电路板两面布置元器件,以确保开关电源的轻、小、薄。
因此直流开关电源的发展趋势是高频、高可靠、低耗、低噪声、抗干扰和模块化。
直流开关电源的缺点是存在较为严重的开关干扰,适应恶劣环境和突发故障的能力较弱。
由于国内微电子技术、阻容器件生产技术以及磁性材料技术与一些技术先进国家还有一定的差距,因此直流开关电源的制作技术难度大、维修麻烦和造价成本较高,3、直流开关电源的保护基于直流开关电源的特点和实际的电气状况,为使直流开关电源在恶劣环境及突发故障情况下安全可靠地工作,本文根据不同的情况设计了多种保护电路。
基于软开关技术的开关电源设计
摘要软开关PWM技术集谐振变换器与PWM控制的优点于一体，既能实现功率管的零电压开关，又能实现功率管的恒定频率控制，是电力电子技术的发展方向之一。
与传统PWM硬开关变换器相比，元器件的电压、电流应力小，仅仅增加了一个谐振电感，成本和电路的复杂程度没有增加。
移相控制零电压开关PWM变换器就是软开关PWM 技术中的一种拓扑，它适用于中、大功率直流一直流变换场合。
文中详细分析了基本的移相控制ZVS PWM DC-DC全桥变换器的工作过程，讨论了移相控制ZVS PWM DC-DC全桥变换器的零电压开关条件、副边占空比丢失以及整流二极管的换流情况，指出基本的移相控制ZVS PWM DC-DC全桥变换器的不足：滞后桥臂实现零电压开关比较困难；副边占空比丢失严重。
为解决这些问题，提出了利用饱和电感来减少副边占空比丢失的方法并分析了带饱和电感的移相控制ZVS PWM DC-DC全桥变换器的工作过程。
介绍了给滞后桥臂增加辅助电路以改善滞后桥臂开关管的软开关环境的方法，并详细分析了一种带辅助网络的移相控制ZVS PWM DC-DC全桥变换器的工作过程。
它具有辅助电路简单，辅助电路的电感、电容和二极管的电流电压应力小，副边占空比丢失小等优点。
研究了桥式变换器的不平衡问题及解决方法。
初步设计了一个通信用48V／10A的开关电源。
该电源设计过程中，主电路的结构设计及参数计算方法及电路的控制、保护功能都得到了体现。
电路的控制、保护功能是由单片机PIC16F877A完成的,该单片内部有A/D转换模块和PWM模块，简化了电路的设计。
关键词: 开关电源；移相控制；软开关；零电压；占空比ABSTRACTSoft-switching PWM technique integrates the advantage of resonant converter and constant frequency modulator，which realizes zero-voltage-switching in constant frequency，and is one of the development trends of power electronics．Only adding a resonant inductor, stress of voltage and current in devices turns lower than traditional PWM hard-switching, without increasing cost and complication of circuit．Phase Shifted zero-voltage-switching PWM converter(PS-ZVS-PWM converter)is one of the topologies using soft-switching PWM technique，and is suited for middle to high power DC-DC conversion application．This dissertation analyzes the operation principle of PS-ZVS-PWM FB converter systemically．The classical PS ZVS PWM DC-DC FB converter has some disadvantages such as its lagging leg is difficult to achieve ZVS and its loss duty of secondary is large．To alleviate these problems．this paper introduces a PS ZVS PWM DC-DC FB converter using saturable inductor to reduce its loss duty of secondary．This paper also introduces a PS PWM DC-DC FB converter with an auxiliary network attached to its lagging leg．This auxiliary network has the advantages such as its circuit is simple．the current stresses and voltage stresses on its components are small．The question of unbalance on PS PWM DC-DC FB converter is discussed, and the solution to the problem is proposed．Based on the circuit topology, a switch power supply of 48V/10A for communication system is designed．The design of structure and calculation methods of parameter in the DC-DC converter main circuit and the design of the control and protect circuit have been presented．Key Words：Switch power supply；Phase-shifted control；Soft-switching；Zero-voltage-switching；Duty目录摘要第一章绪论 (1)1.1、概述 (1)1.2、开关电源的现状及其发展趋势 (2)1.3、设计内容和设计指标 (4)第二章开关电源技术的理论分析 (5)2.1、开关电源的基本原理 (5)2.2、开关电源的基本拓扑结构 (5)2.2.1、单端反激式变换器 (5)2.2.2、单端正激式变换器 (6)2.2.3、推挽式变换器 (6)2.2.4、半桥式变换器 (7)2.2.5、全桥式变换器 (7)2.3、开关电源的软开关技术 (8)2.3.1、软开关技术的概念 (8)2.3.2、软开关技术的发展 (10)第三章全桥变换器及工作原理 (13)3.1、传统的PWM全桥变换器 (13)3.2、PWM DC-DC全桥变换器的控制 (14)3.3、移相控制ZVS PWM全桥变换器的特点 (16)3.3.1、移相控制ZVS PWM全桥变换器的优点 (16)3.3.2、移相控制ZVS PWM全桥变换器的缺点 (16)3.4、移相控制ZVS PWM全桥变换器的改进 (17)3.4.1、加钳位二极管的移相全桥ZVS PWM变换器 (17)3.4.2、副边加缓冲吸收回路的移相全桥ZVS PWM变换器 183.5、移相控制ZVS PWM全桥变换器的分析 (18)3.5.1、零电压开关条件及实现 (18)3.5.2、副边占空比丢失 (19)第四章移相全桥软开关PWM变换器设计 (20)4.1、设计参数选定 (20)4.2、EMI滤波电路设计 (20)4.3、高频变压器的设计 (21)4.4、谐振电感设计 (23)4.5、输出滤波电路设计 (24)4.6、功率开关器件及二极管的选择 (24)4.7、其他器件选型 (25)第五章控制电路设计 (27)5.1、系统控制方案 (27)5.1.1、控制方案比较 (27)5.1.2、方案论证 (27)5.1.3、整体控制方案 (28)5.2、PIC单片机简介 (28)5.3、采样电路设计 (29)5.4、保护电路设计 (31)5.5、MOSFET驱动电路设计 (32)5.6、辅助电源设计 (35)第六章、软件设计 (38)6.1、总体编程思想 (38)6.2、主程序流程图 (38)6.3、A/D转换流程图 (39)6.4、PI算法子程序 (40)6.5、PWM波控制子程序 (41)6.6、输出过流保护子程序 (42)总结 (43)参考文献 (44)英文原文与翻译 (46)致谢 (64)附录一元器件清单 (65)附录二程序清单 (67)第一章绪论1.1、概述随着电子技术的高速发展，电子系统的应用领域越来越广泛，电子设备的种类也越来越多。
一种应用软开关技术的大功率开关电源的设计
一种应用软开关技术的大功率开关电源的设计摘要：开关电源随着输出功率的提升无疑会导致开关管所承受的电压或电流增加，如果仅仅使用普通的脉宽调制技术，那么将会导致开关管的开关损耗大幅度的增加。
在硬开关环境下，传统开关器件的电磁干扰与开关损耗也较大，而软开关的出现就有效解决了这一问题。
软开关技术的发展，使开关损耗以及开关噪音都大大减少，电路的效率也有了很大的提高。
基于此，文章就一种应用软开关技术的大功率开关电源的设计进行分析。
关键词：软开关技术；大功率开关电源；设计方法1 软开关技术的工作原理软开关是以硬开关为基础的，是对传统硬开关的继承与改善。
和硬开关不同，软开关增加了一些谐振器件，包括小电感、电容等。
新增加的谐振器件构成了辅助换流网络，开关的条件也因此得到了很大的改善。
硬开关不仅会造成开关损耗，还会产生噪音，但随着开关条件的改善，这一问题也得到了妥善解决。
在软开关技术的支持下，开关损耗以及开关噪音都大大减少，电路的效率也因此有了很大的提高。
软开关主要包括两个方面，一是软开通，二是软关断。
软开通开关又可以称之为零电压开关，而软开断开关就是零电流开关，在运行过程中，一般先将电压下降到零，再将电流提升至通态值，这是理想的软开通过程。
理想的软开关过程是不会产生开关损耗与开关噪音的，符合低碳、节能、环保的要求。
2 软开关技术的分类2.1 谐振变换器谐振变换器的实质是负载谐振变换器，最早被提出来是在上世纪七十年代。
在标准脉宽调制变换器上附加谐振网络就会得到谐振变换器。
根据谐振元件的不同谐振方式，可以将谐振变换器分为串联皆振和并联谐振两大类变换器。
它的工作原理就是通过负载的谐振与谐振网络，调整经过开关元件的电压或电流，成为正弦波形，使开关元件在电流过零开通，在电压过零时关断，从而实现软开关的过程。
2.2 准谐振变换器和多谐振变换器上世纪八十年代初期，李泽元教授在美国的UPEC和众多研究人员一起研究提出了谐振开关。
LLC软开关电源的研究
分类号密级无机车雨刮器LLC软开关电源的研究研究生姓名：皮松涛指导教师姓名、职称：文定都教授学科专业：电力电子与电力传动研究方向：现代电力电子技术及系统湖南工业大学2017年3月14日分类号密级无机车雨刮器LLC软开关电源的研究Reach On The LLC Soft Switching Power Supply For Locomotive Wiper研究生姓名：皮松涛指导教师姓名、职称：文定都教授学科专业：电力电子与电力传动研究方向：现代电力电子技术及系统论文答辩日期答辩委员会主席湖南工业大学2017年3月14日湖南工业大学学位论文原创性声明本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果。
除文中已经注明引用的内容外，本论文不含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品成果。
对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。
本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。
作者签名：日期：年月日湖南工业大学论文版权使用授权书本人了解湖南工业大学有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权保留学位论文，允许学位论文被查阅和借阅；学校可以公布学位论文的全部或部分内容，可以采用复印、缩印或其他手段保存学位论文；学校可根据国家或湖南省有关部门规定送交学位论文。
作者签名：导师签名：日期：年月摘要随着现代运输业的发展以及铁路电气化的大量普及，电力机车的应用越来越广泛。
机车雨刮器是电力机车一个重要组成部件，直接影响司机前方的视野，目前雨刮器普遍存在故障率高、不稳定的问题，将给机车运行造成安全隐患。
本文所研究设计的DC110/DC24V软开关电源应用于采用24V 普通直流电机的机车雨刮器。
传统的机车雨刮器采用的电机是两台100W的110V非标准直流电机，所以雨刮器电机的成本比较高。
本文设计了一种24V/200W的LLC软开关电源，适用于采用两台24V 的普通电机的雨刮器，这样极大的降低了雨刮器电机的成本，具有极高的研究价值及意义。
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。
2 .零电压转换(ZVT)PWM功率因数校正电路在ZVT工作方式中，谐振网络拓扑与主电路是并联的。
零转换PWM功率因数校正电路的导通损耗和开关损耗很小，能实现零开关特性而不增大开关的电流或电压应力，适用于较高电压和大功率的变换器。
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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。