软开关的基本概念
软开关变换器
5.1.2 软开关的特征及分类
u i
0
ton t
p
0 （a）开通过程 t
u i
0
toff
t
p
0 （b）关断过程 t
图5-2 软开关的开关过程
➢ 通过在原来的开关电路中增加很小 的电感、电容等谐振元件，构成辅 助换流网络，在开关过程前后引入 谐振过程，使开关开通前电压先降 为零，或关断前电流先降为零，就 可以消除开关过程中电压、电流的 重叠，降低它们的变化率，从而大 大减小甚至消除开关损耗和开关噪 声，这样的电路称为软开关电路。
tontof 6
f
f
UCIC
5-1
➢在式工中作：电P压S —和功工率作管电开流关一损定耗的；条件下，功率管在每个开关周期中 的开关损耗ton是—功恒率定管的开，通变时换间器；总的开关损耗与开关频率成正比。 ➢开关损耗tfof的f——存功—在率功管限率开制管关了关频变断率时换；间器；开关频率的提高，从而限制了变换 器的小型U化C—和关轻断量后化功。率同管时承，受开的关电管压工；作在硬开关时还会产生较高 的di/dt和dIvC/d—t，导从通而后产流入生功较率大管的电电流磁。干扰。
L
r
di Lr dt
u Cr
Ui
C
r
du Cr dt
iLr
I0
5-5
5.1.3 谐振电路的构成与特性
iLr Ui
Lr uCr
➢ 假设在t0时刻，谐振电感的初始电流为
iLr(t0)=ILr0 ， 谐 振 电 容 的 初 始 电 压
Cr
I0
uCr(t0)=UCr0，解微分方程组（5-5），得 到
5.1.2 软开关的特征及分类
➢ 软开关技术问世以来，经历了不断的发展和完善，前后出 现了许多种软开关电路，新型的软开关拓扑仍不断的出现。
第8章 软开关技术
第7章 软开关技术
准谐振型变换电路： 准谐振开关的基本结构形式
Cr Lr S VD L S Cr VD Cr 1 Lr L S Cr 2 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
将谐振电感及其辅助开关电路改为并联：
主开关通态时，Lr中不流过负载电流，仅在“开通”与“关断” 时启动辅助开关电路，造成主开关管的零电压或零电流条件。
第7章 软开关技术
零转换PWM电路 零转换PWM电路可分为：
零电压转换PWM电路
Zero-Voltage-Transition PWM Converter—ZVT PWM ；
第7章 软开关技术
零转换PWM电路 特点： 辅助谐振网络不在主功率通道中，使主开关器件在软开关工作 时，不增加过高的电压或电流应力；
辅助谐振网络不需处理很大的环流能量，可减小电路的导通
损耗； 由于辅助谐振网络的位置使其不受输入电压和输出负载的影 响，电路可在很宽的输入电压范围内从零负载到满负载都能工作 在软开关状态。
第7章 软开关技术
7.1 软开关的基本概念
7.1.1 硬开关与软开关 实际器件的开关转换存在一个开关过程，典型过程如下：
开通损耗Pon
关断损耗Poff
“硬开关”是指器件的开关过程是在其电压或电流不为零的 状态下进行的。 即：电压不为零时开通，电流不为零时关断。
第7章 软开关技术
如能延缓开关器件的电流上升率和电流上升率： 则电压、电流交叠区减少，开通关断损耗将大大减少。
3 零开关PWM变换电路
软开关技术
t 0以前等效电路 S导通，VD反偏（iS为VDS与S电流之和） 导通， 反偏 反偏（ 电流之和） 导通 电流之和 L为恒流源 为恒流源
7.2零电压开关准谐振电路（ 7.2零电压开关准谐振电路（3） 零电压开关准谐振电路
在t1~t2时段等效电路 S关断 ，VDs反偏，VD导通，谐振开始 反偏， 导通 导通， 关断 反偏 uCr继续上升， iLr 下降 继续上升，
t2:iLr=0, uCr 最大
7.2零电压开关准谐振电路（ 7.2零电压开关准谐振电路（5） 零电压开关准谐振电路
在t2~t3段等效电路 S关断，VDs反偏，VD导通 关断， 反偏， 导通 关断 反偏 iLr 反向上升，uCr下降 反向上升， t3: uCr=ui,uLr=0,iLr最大
一般会给电路造成总损耗增加、关断过电 压增大等负面影响，因此是得不偿失的。
零电流开通 电感电流，初始保持0不突变 电感电流，初始保持 不突变
零电压关断 电容电压，初始保持0不突变 电容电压，初始保持 不突变
7.2零电压开关准谐振电路（ 7.2零电压开关准谐振电路（1） 零电压开关准谐振电路
总体思路：S 以“准软开关”（零电 压关断），产生谐振，使得两端出现 零电压后（其实是与其反并联的二级 管导通，出现很小的负管压降），给S 开通信号，实现零电压开通：“软开 关” 准谐振：仅谐振了半个周期） 准谐振：仅谐振了半个周期）
第7章 软开关技术
电力电子装置高频化 优点： 滤波器、 变压器体积和重量减小， 优点 ： 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。 装置小型化、 轻量化。 缺点：开关损耗增加，电磁干扰增大。 缺点：开关损耗增加，电磁干扰增大。
电力电子技术课件--第8章-软开关技术----培训资料
8.1 软开关的基本概念 8.2 软开关电路的分类 8.3 典型的软开关电路 8.4 软开关技术新进展
本章小结
引言
■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。
■零电压开通 ◆开关开通前其两端电压为零，则开通时不会产生损耗 和噪声。
■零电流关断 ◆开关关断前其电流为零，则关断时不会产生损耗和噪 声。
■零电压关断 ◆与开关并联的电容能延缓开关关断后电压上升的速率， 从而降低关断损耗。
■零电流开通 ◆与开关串联的电感能延缓开关开通后电流上升的速率， 降低了开通损耗。
关断后，VD尚未导通，电路可以等效为图
iLr
O
uVD
O
图8-9
t 0 t1 t2 t 3 t4 t5 t6
t0
零电压开关准谐振电路的理想化波形
t t
8-10；Lr+L向Cr充电，L等效为电流源，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
的上升率为
■在很多情况下，不再指出开通或关断，仅称零电压开关 和零电流开关。
8.2 软开关电路的分类
■软开关电路的分类 ◆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，个别电路中，有些开关是 零电压开通的，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 分成准谐振电路、零开关PWM电路和零转换 PWM电路。
第8章 软开关的概念
2 电压型串联谐振式逆变器
半桥电路如图8-8所示，当电路工作频率大于谐振频率时，电压超前 电流相位，回路负载特性呈现感性，设某一时刻，开关管S1处于导通 状态，负载中流过电流（如图8-8中实现表示）
1
C
L
B
C
D1 R
2
D2
S1 4 G1
5 GNDH
S2 6 G2
7 GNDL
3
图8-8 感性负载时的工作过程
2）零电压开通：在开关管开通前， 便其电压下降到零。从图8-2（b） 可以看出，开通损耗基本减小到零。
3）同时做到零电流开通和零电压开 通，在这种情况下，开通损耗为零。 这种情况最为理想。
图8-2 零电流开通和关断
软开关的关断几种方法 1）零电流关断：在开关管关断前，使其电流减小到
零。 2）零电压关断：在开关管关断时，使其电压保持在
二极管D1导通后，S1实际上已不起作用，当S1关断，S2导通时，D1 将承受反向电压而强迫关断，关断过程中D1将产生较大的反向恢复 电流，此恢复电流将通过D1、S2使电源短路，从而危及IGBT。当S2 导通末期，电流再次提前反向，D2续流，此时如果S1导通，D2将承 受反向电压而强迫关断，二极管D2反向恢复电流和S2使电源短路。
当S1关断时，由于电感的储能作用，将通过二极管D2续流，如图8-8 所示。由于D2续流，IGBT（S2）EC之间的电压仅为二极管正向导通 压降，S1承受电源电压，死区时间结束后，开通S2、D2承受反向电 压而关断，如果能够正好在续流结束之前开通S2，则实现了零电压开 通，二极管D2实现零电流关断。
499.50m
谐振时负载电流和电压
1.94k 1.00k
0
C1.V [99.50m
电力电子课件西安交大第8章软开关技术
03
软开关技术能够提高装置的抗电磁干扰能力，保证装置 在复杂电磁环境下的稳定运行。
04 软开关技术的实际应用案例
基于软开关技术的电源设计
开关电源
软开关技术应用于开关电源中，能够降低开关损耗，提高电源效 率，减小体积和重量。
不间断电源
在UPS（不间断电源）中应用软开关技术，可以改善输出电压的波 形，提高供电质量。
谢谢聆听
伺服系统
伺服系统中应用软开关技术，可以减 小系统体积和重量，提高伺服系统的 动态性能和稳定性。
基于软开关技术的电力电子变压器
1 2 3
固态变压器
软开关技术在固态变压器中得到广泛应用，能够 实现高效、灵活的电能转换和传输。
分布式电源系统
在分布式电源系统中，软开关技术可以提高电力 电子变压器的转换效率和可靠性，减小系统的体 积和重量。
适用于中大功率的电源转换，具有较高的输 出电压和较低的效率。
02
01
半桥式
适用于中大功率的电源转换，具有较低的输 出电压和较高的效率。
04
03
软开关技术的控制策略
恒频控制
保持开关频率恒定，通过改变占空比来调节输出 电压或电流的大小。
变频控制
改变开关频率，通过调节占空比来保持输出电压 或电流的大小恒定。
分布式电源系统
软开关技术为分布式电源系统提供高效、可靠的并网控制策略，提 高系统的稳定性和可靠性。
基于软开关技术的电机驱动系统
电机控制器
电动汽车驱动系统
软开关技术应用于电机控制器中，能 够减小电机启动电流和转矩脉动，提 高电机的控制精度和动态响应性能。
在电动汽车驱动系统中应用软开关技 术，能够提高驱动系统的效率和可靠 性，延长电动汽车的续航里程。
软开关的基本概念
软开关的基本概念
软开关是一种电力电子器件，它能够根据控制信号断开或接通电路，从而实现电力系统的控制和保护。
与传统机械开关相比，软开关具有体积小、能耗低、寿命长、可靠性高和控制精度高等优点，因此被广泛应用于现代电力系统中。
软开关的基本结构包括一个功率半导体器件和一个控制电路。
其中功率半导体器件可以是晶闸管、二极管、MOSFET、IGBT等，用于负责电路上的开关操作。
而控制电路则负责产生指令信号，控制功率半导体器件的开关状态，从而实现电路的控制和保护。
软开关的最大特点是其控制方式。
它利用高频开关技术，将电路开关的操作频率提高到几千赫兹，从而实现电流的快速切换和控制。
与此同时，软开关还可以实现电流的平滑转移，降低电路中的电压和电流波动，从而提高了能量利用率和电路的稳定性。
软开关的应用范围非常广泛，包括但不限于变频器、UPS、电力电子变压器、电机驱动等。
其中，变频器是软开关应用最为广泛的领域之一。
在变频器中，软开关用于实现电机的调速控制，从而提高电机
的效率和运行质量。
此外，软开关还可以用于UPS中的输出电路控制，保证UPS的稳定输出电压和电流。
总之，软开关是一种电力电子新型器件，具有体积小、能耗低、
寿命长、可靠性高等优点，被广泛应用于现代电力系统中。
随着科技
的不断发展和进步，软开关技术也会越来越成熟和完善，为电力系统
的控制和保护提供更加先进的技术手段。
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。
什么是软开关-软开关的分类
什么是软开关?软开关的分类凡用控制的方法使电子开关在其两端的电压为零时导通电流,或使流过电子开关的电流为零时关断,则此开关称为软开关。
它能克服传统的硬开关的开关损耗,理想的软开关的开关损耗为零,从而可提高功率变换器的传输效率。
一、软开关概述硬开关是在控制电路的开通和关断过程中，电压和电流的变化剧烈，产生较大的开关损耗和噪声，开关损耗随着开关频率的提高而增加，使电路效率下降；开关噪声给电路带来严重的电磁干扰，影响周边电子设备的工作。
软开关是在硬开关电路的根底上，增加了小电感、电容等谐振器件，构成辅助换流网络，在开关过程前后引入谐振过程，开关在其两端的电压为零时导通；或使流过开关的电流为零时关断，使开关条件得以改善，降低传统硬开关的开关损耗和开关噪声，从而提高了电路的效率。
软开关包括软开通和软关断。
理想的软开通过程是：电压先下降到零后，电流再缓慢上升到通态值，所以开通时不会产生损耗和噪声，软开通的开关称之为零电压开关。
理想的软关断过程是：电流先下降到零后，电压再缓慢上升软开关技术大体上分为零电压开关和零电流开关，到通态值，所以关断时不会产生损耗和噪声，软关断的开关称之为零电流开关。
二、软开关的分类根据开关元件开通和关断时电压电流状态，可分为零电压电路和零电流电路两大类。
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PWM电路和零转换PWM电路。
1.零电压开关①零电压开通：开关开通前其两端电压为零开通时不会产生损耗和噪声。
②零电压关断：与开关并联的电容能延缓开关关断后电压上升的速率，从而降低关断损耗。
2.零电流开关①零电流关断：开关关断前其电流为零关断时不会产生损耗和噪声。
②零电流开通：与开关串联的电感能延缓开关开通后电流上升的速率，降低了开通损耗。
3.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。
其电压峰值很高，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方式来控制。
《软开关的概念》PPT课件
A
23
A
24
2 电压型串联谐振式逆变器
• 半桥电路如图8-8所示，当电路工作频率大于谐振频率时，电压超前 电流相位，回路负载特性呈现感性，设某一时刻，开关管S1处于导通 状态，负载中流过电流（如图8-8中实现表示）
1
C
L
B
C
D1 R
2
D2
S1 4 G1
5 GN DH
S2 6 G2
7 GN DL
3
抗R，其导纳为
iLr
Lr
Cr
us
R
图8-6 串联谐振电路
A
15
A
16
定义串联谐振电路的品质因数为
由于谐振时Y (s) 1 ，因此谐振时负载R R
上的电压等于电源电压，s 是输入正弦电源的频
率，谐振时s r ，
A
17
A
18
A
19
A
20
jLrs (1
s
1 r
2
)
Lrs (1
s
j
1 r
第8章 软开关的概念
8.1软开关的概念 8.2软开关技术的实现及其类型 8.3谐振电路 8.4准谐振和多谐振变换器 8.5软开关的PWM技术 8.6 零电压/电流转换PWM变换器
返回
A
1
8.1软开关的概念
• 传统PWM变换器中的开关器件工作在硬开关状态，硬开 关工作的四大缺陷妨碍了开关器件工作频率的提高, 它存 在如下问题：
• 2）零电压开通：在开关管开通前， 便其电压下降到零。从图8-2（b） 可以看出，开通损耗基本减小到零 。
• 3）同时做到零电流开通和零电压开 通，在这种情况下，开通损耗为零 。这种情况最为理想。
软开关
分类
零电压开通 ◆开关开通前其两端电压为零，则开通时不会产生损耗和噪声。 ■零电流关断 ◆开关关断前其电流为零，则关断时不会产生损耗和噪声。 ■零电压关断 ◆与开关并联的电容能延缓开关关断后电压上升的速率，从而降低关断损耗。 ■零电流开通 ◆与开关串联的电感能延缓开关开通后电流上升的速率，降低了开通损耗。 在很多情况下，不再指出开通或关断，仅称零电压开关和零电流开关。 简单的利用并联电容实现零电压关断和利用串联电感实现零电流开通一般会给电路造成总损耗增加、关断过 电压增大等负面影响，因此是得不偿失的.
实现方式
软开关是电器回路中用于连通和切断负载的一种方式和装置，这种方式系指负载的切断和接通不是瞬间突然 地完成，而是逐渐地由小到大完成接通过程，逐渐地由大到小完成切断过程。现实中的软开关可见于照明回路， 对于一盏灯开启时由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。现实中软开关的实现方式有：对于白炽灯等电阻性负 载常常使用可控硅调节导通角的方式来实现当开启灯光时导通角由0到180度渐变，当灯光关闭时导通角则反过来 由180度渐变，这样便实现了软开关的开启和关闭。对于荧光灯类负载则通过调节占空比的方式来实现。
理想的软关断过程是电流先降到零，电压再缓慢上升到断态值，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，电流再缓慢上升到通态值，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。
基本概念
软开关（Soft-Switching）是相对硬开关(Hard-Switching)而言的。
第十九讲：软开关的基本概念及分类
S
L
u u i 0 P
i t
u i 0 P 0
i
u
Ui
VD
C
0Leabharlann t5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。
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。
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
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；
i t t
u i i 0 P 0
u
u
第八篇软开关电路
– t0~t1时段：，S1导通，VD尚处 于通态，电感Lr两端电压为Uo， 电流iLr线性增长， VD中的电流 以同样的速率下降。t1时刻， iLr=IL，VD中电流下降到零，关 断。
图8-19 升压型零电压转 换PWM电路的原理图
S
O
t
S1
O
uS
– t4~t5时段：S3开通后，Lr的电
S1
流继续减小。iLr下降到零后反
O S2
t
向增大，t5时刻iLr=IL/kT，变压
O S4
t
器二次侧VD1的电流下降到零
O S3
t
而关断，电流IL全部转移到
O u AB
t
VD2中。
O
t
– t0~t5是开关周期的一半，另一
u Lr O
t
半工作过程完全对称。
iLr
– 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。
uCr
Uin
O
t
iLr
IL
O
t
t0 t1 t2 t3 t4 t0
图 8-14 谐振直流环电路的理想化波形
8.3.3 移相全桥型零电压开关PWM电路
移相全桥电路是目前应用最广泛的软开关电路之一，它 的特点是电路简单。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。
软开关的概念
软开关的概念软开关是一种基于软件的开关技术，它是通过在计算机系统中使用软件控制来实现开关操作的。
相比传统的硬件开关，软开关具有更高的灵活性和可扩展性，可以为系统带来更多的功能和便利性。
在本文中，我们将详细介绍软开关的概念、原理、应用和发展前景。
一、软开关的概念软开关是指通过软件控制来实现开闭状态的开关。
它可以在计算机系统和电子设备中使用，用于控制电路的开关操作。
与传统的硬开关相比，软开关具有更高的灵活性和可扩展性，可以根据需求进行动态配置和调整。
二、软开关的原理软开关是通过软件控制硬件电路来实现开关操作的。
在计算机系统中，软开关通常通过使用操作系统的API或驱动程序来实现。
当需要打开或关闭特定的电路时，软开关会发送相应的软件指令给操作系统，然后由操作系统将指令传递给硬件电路驱动程序或固件，最终实现开关操作。
三、软开关的应用软开关在计算机系统和电子设备中有着广泛的应用。
以下是一些软开关的常见应用场景。
1.计算机网络：软开关可以用于实现网络设备的动态配置和管理。
通过软件控制网络设备的开关状态，可以实现网络的灵活管理和优化。
例如，软开关可以用于实现虚拟局域网(VLAN)的划分和管理，以及流量控制和路由优化等功能。
2.云计算和虚拟化：软开关是云计算和虚拟化技术的重要组成部分。
通过软件控制物理服务器和虚拟机的开关状态，可以实现资源的动态分配和管理。
软开关可以用于实现虚拟机的启动和关闭操作，以及虚拟机之间的网络通信和数据传输。
3.电力系统：软开关在电力系统中也有着重要的应用。
通过软件控制电力设备的开关状态，可以实现电力系统的远程监控和控制。
软开关可以用于实现电网的动态配置和故障隔离，以及电力设备的保护和控制。
4.智能家居：软开关是智能家居系统中的核心技术之一。
通过软件控制家庭设备的开关状态，可以实现智能家居系统的自动化控制和管理。
软开关可以用于实现家庭电器的远程操控和定时控制，以及实现家庭安防和能源管理等功能。
软开关技术及其应用
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。
和硬开关工作不同，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，因此二极管方向恢复问题不存在。
1.2软开关技术的工作原理图一软开关的开关、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，从而大大减小甚至消除开关消耗。
同时，谐振过程限制了开关过程中电压电流的变化率，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，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。
准谐振电路中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直流环。
2) 零开关PWM电路.电流和电压基本上是方波。
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。
软开关技术课件
Hale Waihona Puke Iin VOLrCr Tr1
(a)T0～T1
(b)T1～T2
Lr
Iin
DTr
Iin
Tr1
Tr1
Lr D1
(c)T2～T3
(d)T3～T4 D
Iin
Tr
Iin
Cr Iin
(e)T4～T5
(f)T5～T6
(g)T6～T0
系统的总技术指标
• 输入电压：单相交流220±10%V • 输入频率：50Hz/60Hz • 输出电压：48V • 输出电流：20A • 电压调整率±2 ，纹波电压峰-峰值小于240mV • 效率大于90%，功率因数大于98% • 开关频率：f=100kHz
• 零电流开通
– 与开关串联的电感能延缓开关开通后电流上升的速率，降低 了开通损耗。
8.2 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， 分为零电压电路和零电流电路两大类。 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PWM电路 和零转换PWM电路。
8.2 软开关电路的分类
特征 iLr线形上升 谐振
ZV开通 iLr下降 ids恒流 Cr线形充电
续流
Tr
off
off
off → on on
on
off
off
Tr1
on
on
on
off
off
off
off
Vds
V0
下降到0
0
0
0
上升到V0
V0
ids
0
0
＜0
上升到Is
Is
0
0
零电压转换PWM电路各个阶段等效工作原理图 D
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
L
S
S1
VD
Cr
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。
2022年软开关技术(1)
当不指出是开通或是关断，仅称零电压开关和零电流开关。
同电路，可以从基本开关单元导出具体电路。
7.2 软开关电路的分类
a）基本开关单元
b）降压斩波器中的基本开关单元
c）单元的概念
3）零电压开关准谐振电路、零电压开关PWM电路和 零电压转换PWM电路分别是三类软开关电路的代表； 谐振直流环电路是软开关技术在逆变电路中的典型 应用。
7.2 软开关电路的分类
可分为：
零电压开关准谐振电路 (Zero-Voltage-Switching Quasi-Resonant Converter— ZVS QRC）
a)零电压开关准谐振电路的基本开关单元
零电流开关准谐振电路
(Zero-Current-Switching Quasi-Resonant Converter—ZCS QRC）
准谐振电路、零开关PWM电路和 第7章 软开关技术• 引言
电压、电流变化很快，波形出现明显得过冲，导致开关噪声。 2）软开关技术总的来说可以分为零电压和零电流两类。
零转换PWM电路。 第7章 软开关技术• 引言
与开关并联的电容能延缓开关关断后电压上升的速率，从而降低关断损耗。 与开关串联的电感能延缓开关开通后电流上升的速率，降低了开通损耗。 图7－1 硬开关的开关过程
b)零电流开关准谐振电路的基本开关单元
电压开关多谐振电路
(Zero-Voltage-Switching MultiResonantConverter—ZVS MRC）
用于逆变器的谐振直流环节电路 c)零电压开关多谐振电路的基本开关单元
(Resonant DC Link）。
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软开关的基本概念
软开关的基本概念
软开关是一种电子器件，它可以用来控制电路的开关。
与传统的机械式开关不同，软开关使用半导体材料作为其主要材料，并利用电场效应来控制电路的通断。
软开关具有许多优点，如可靠性高、功耗低、体积小等，因此被广泛应用于各种领域中。
一、软开关的基本原理
1.1 半导体材料
软开关主要由半导体材料制成。
半导体材料是指在温度较低时具有半导体性质的材料。
它们具有介于导体和绝缘体之间的电学特性，即在一定条件下既可以传导电流，又可以阻止电流的流动。
1.2 电场效应
软开关利用了电场效应来控制电路的通断。
当一个外加电压施加到半导体上时，会在其内部形成一个强烈的电场。
这个电场会影响到半导体中自由载流子（即带负或正电荷的粒子）的运动状态，从而改变其
导电性质。
1.3 MOSFET结构
MOSFET（金属氧化物半导体场效应晶体管）是一种常用的软开关结构。
它由金属栅、氧化物和半导体材料组成。
当一个正电压施加到金
属栅上时，会在氧化物和半导体之间形成一个电场，从而改变半导体
中自由载流子的运动状态，控制电路的通断。
二、软开关的优点
2.1 可靠性高
软开关使用半导体材料作为其主要材料，没有机械部件，因此具有较
高的可靠性。
与传统的机械式开关相比，软开关不容易出现接触不良
等问题。
2.2 功耗低
软开关具有低功耗的特点。
由于其内部没有机械部件，因此摩擦损耗、惯性负荷等都很小。
此外，在控制电路通断时也只需要很小的电流即
可实现。
2.3 体积小
软开关具有较小的体积和重量。
这使得它们在集成电路中得到广泛应用，并且可以大大节省空间。
三、软开关的应用领域
3.1 电力系统
在电力系统中，软开关被广泛应用于电力变压器、断路器、接触器等
设备中。
它们可以提高系统的可靠性和效率，并且可以减少能源浪费。
3.2 电动汽车
软开关在电动汽车中也得到了广泛应用。
它们可以控制电机的转速和
方向，并且可以实现快速切换，提高车辆的性能和安全性。
3.3 通信设备
软开关在通信设备中也是必不可少的组成部分。
它们可以控制信号的
传输和接收，从而保证通信质量和稳定性。
四、软开关的发展趋势
4.1 集成化
随着集成电路技术的不断发展，软开关也向着集成化方向发展。
未来
软开关将会更加小型化、智能化，并且具有更高的可靠性和效率。
4.2 新材料
新材料的出现将会推动软开关技术的发展。
例如，石墨烯等材料具有
很高的导电性和导热性，可以用于制造更加先进的软开关。
4.3 应用领域扩大
随着科技不断进步，软开关将会在更多领域得到应用。
例如，在医疗
设备、智能家居、工业自动化等领域中，软开关都有着广阔的应用前景。
总结：
软开关是一种电子器件，利用半导体材料和电场效应来控制电路的通断。
它具有可靠性高、功耗低、体积小等优点，并且被广泛应用于电
力系统、电动汽车、通信设备等领域中。
未来软开关将会更加集成化、智能化，并且在更多领域得到应用。