软开关技术在开关电源中的应用阐述
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。
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
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。
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。
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。
软开关技术对通信电源的影响
软开关技术对通信电源的影响当今时代的发展，软开关技术作为一种新型技术的发展和运用使得越来越多的生产厂商受益，这是在信息化时代下，利用科技技术的研发和尝试。
软开关先进技术的使用更是在通信电源的应用中更具有实际的现实意义，其更为安全、操作更为科学化，在通信电源中的应用是如虎添翼。
1通信电源目前存在的弊端通信电源一般会出现问题较多的是整流模块退出、模块不均流、电池久压不保护、空开跳开、防雷器故障、保险管断开等。
而出现直流断电器故障，是由于我们采用的是直流断器，触点使用的是常闭触点，如若对断路器发出断开指令无反应时，易出现直流配电单元故障。
而在另一方面交流配电单元也易出现明显的故障，交流变送器出现了异常，无法正常地运转。
通信电源系统在通信系统所具有的地位不可替代，一旦通信电源系统故障引起对通信设备的供电中断，通信设备就会完全失灵，无法正常工作运转，造成通信电路中断、通信系统瘫痪，从而造成重大的经济损失和社会负面效益。
其中，目前通信电源系统常见的问题和弊端有以下几种：（1）交流配电单元的问题中的防雷器单元，在易发生的故障当中，防雷器易损坏。
（2）交流输入缺相，造成的因素很多，往往无法正确及时分析得出解决方案，其中涉及的是交流变送器的故障。
（3）交流接触器不吸合，造成的因素是交流输入的A相缺相，交流接触器线圈供电保险丝烧坏，交流接触器控制板出现故障。
（4）直流断路器的故障问题，直流电流显示不正确，其电流传感器斜率选择不正确，非常大的电流值显示不正确。
2软开关技术原理及其优越性2、1软开关技术原理硬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。
而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，软开关有时也被称为谐振开关。
软开关其工作原理是，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。
基于软开关的24V开关电源的设计与仿真
叭
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
］构 卜图 惺撤 Ｌ 控源 制整 电体 路结 ｒ电 ＿ 一 联
、 ｚ ＼Ｓ
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。 、
Ｖ Ｕ。Ｖ Ｄ 、 、 Ｄ 回路 ， Ｌ。 形成上 正下 负 的半 波整 在 ，上
２ 电 压 （ １ ． ４Ｖ 图 ）
流 电压 ； Ｓ 当 。与 Ｓ 导 通 时 ， 。 ｗ。电压 为 负 半 周 ， 对
Ｖ 、Ｄ Ｄ。Ｖ 加正 向电压 ， Ｄ。Ｖ Ｖ 、 Ｄ。 导通 ， 电路 中构 成
Ｗ。ＶＤ。 Ｕ。Ｖ 回路 ， Ｕ。 、 、 、Ｄ 在 上形 成上 正下 负 的另 外半 波整 流 电压 ． 出电压 由原 边上 正下 负 的正 输
３ ０Ｖ 的直流 电压 加 在半 桥 变换 器 上 ， 脉 宽 调 制 ０ 用 电路 产 生 的 Ｐ ＷＭ 波 去 驱 动 功 率 Ｍ０Ｓ Ｅ 开 关 ＦＴ
管 ， 功 率变压 器 的次级 得 到准方 波 电压 ， 经 过整 在 再 流滤 波及 反 馈 控 制 后 可 在 输 出端 得 到 稳 定 的 直 流
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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。
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。
开关电源 软开关技术
通过减小电压和电流的突变，软开关技术可以有效降低电 磁干扰，提高电源的电磁兼容性。
减小开关损耗
软开关技术可以减小开关过程中的电压和电流变化率，从 而降低开关损耗。
提高电源效率
开关损耗的减小可以提高电源效率，使得电源在转换效率 上有更好的表现。
软开关技术的应用与发展
应用
软开关技术广泛应用于各种开关电源领域，如通信电源、电 力电子、电动汽车等。通过采用软开关技术，可以提高电源 的性能和可靠性，满足各种高效率、高功率密度的应用需求 。
功率波形
分析软开关技术中功率波 形的变化规律，研究功率 波形与电路参数之间的关 系。
04 软开关技术的优势与挑战
软开关技术的优势
高效节能
软开关技术能够减少开 关损耗，提高电源效率，
从而降低能源消耗。
降低噪声
软开关技术可以降低电 源产生的电磁干扰和噪 声，提高电源的电磁兼
容性。
延长寿命
软开关技术能够减少开 关器件的应力，降低其 温度，从而延长其使用
脉冲频率调制（PFM）
通过调节脉冲频率，控制开关管导通和截止时间，实现电压和电流 的软切换。
混合调制
结合PWM和PFM的优点，通过优化控制方式，提高软开关技术的 性能。
软开关技术的波形分析
01
02
03
电压波形
分析软开关技术中电压波 形的变化规律，研究电压 波形与电路参数之间的关 系。
电流波形
分析软开关技术中电流波 形的变化规律，研究电流 波形与电路参数之间的关 系。
特点
高效节能、体积小、重量轻、可 靠性高、稳压范围宽等。
开关电源的应用与发展
应用
广泛应用于计算机、通信、家电、工 业控制等领域。
软开关技术综述
软开关技术综述开关电源就是采用功率半导体器件作为开关元件，通过周期性通断开关，控制开元件的占空比来调整输出电压。
开关电源的构成框图如图1所示，它由输入电路、变换电路、输出电路和控制电路等组成。
功率变换是其核心部分，主要由开关电路和变压器组成。
为了满足高功率密度的要求，变换器需要工作在高频状态，开关晶体管要采用开关速度高、导通和关断时间短的晶体臂，最典型的功率开关晶体管有功率晶体管（CTR）、功率场效应管（MOSFET）和绝缘型双极型晶体管（IGBT）等3种。
控制方式分为脉宽调制、脉频调制、脉宽和频率混合调制等3种，其中最常用的是脉宽调制（PWM）方式。
从60年代开始得到发展和应用的DC－DC PWM功率变换技术是一种硬开关技术。
为了使开关电源在高频状态下也能高效率地运行，国内外电力电子界和电源技术界自70年代以来，不断研究开发高频软开关技术。
软开关和硬开关波形比较如图2所示。
从图可以看出，软开关的特点是功率器件在零电压条件下导通（或关断），在零电流条件下关断（或导通）。
与硬开关相比，软开关的功率器件在零电压、零电流条件下工作，功率器件开关损耗小。
与此同时，du/dt和di/dt大为下降，所以它能消除相应的电磁干扰（EMI）和射频干扰（RFI），提高了变换器的可靠性。
同时，为了减小变换器的体积和重量，必须实现高频化。
要提高开关频率，同时提高变换器的变换效率，就必须减小开关损耗。
减小开关损耗的途径就是实现开关管的软开关，因此软开关技术软开关技术已经成为是开关变换技术的一个重要的研究方向。
本文对软开关和硬开关的工作特性进行比较，并对软开关技术进行了详细阐述。
2 硬开关的工作特性是开关管开关时的电压和电流波形。
开关管不是理想器件，因此在开关管开关工作时，要产生开通损耗和关断损耗，统称为开关损耗（Switching Loss）。
开关频率越高，总的开关损耗越大，变换器的效率就越低。
开关损耗的存在限制了变换器开关频率的提高，从而限制了变换器的小型化和轻量化。
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。
软开关技术讲解
软开关技术综述摘要软开关技术是利用在零电压、零电流条件下控制开关器件的导通和关断，有效地降低了电路的开关损耗和开关噪声因而在电力电子装置中得到广泛应用。
本文在讲述软开关技术的原理及分类的基础上，主要回顾了软开关技术的由来和发展历程，以及发展现状和未来的发展趋势。
关键词：软开关技术原理发展历程发展趋势一．引言：根据开关元件的工作状态，可以把开关分成硬开关和软开关两类。
硬开关是指开关元件在导通和关断过程中，流过器件的电流和元件两端的电压在同时变化；软开关是指开关元件在导通和关断过程中，电压或电流之一先保持为零，一个量变化到正常值后，另一个量才开始变化直至导通或关断过程结束。
由于硬开关过程中会产生较大的开关损耗和开关噪声。
开关损耗随着开关频率的提高而增加，使电路效率下降，阻碍了开关频率的提高；开关噪声给电路带来了严重的电磁干扰问题，影响周边电子设备的正常工作。
为了降低开关的损耗和提高开关频率，软开关的应用越来越多。
电力电子装置中磁性元件的体积和重量占很大比例，从电机学相关知识知道，使变压器、电力电子装置小型化、轻量化的途径是电路的高频化。
但是, 传统的开关器件工作在硬开关状态，在提高开关频率的同时，开关损耗和电磁干扰也随之增加。
所以，简单地提高开关频率显然是不行的。
软开关技术是使功率变换器得以高频化的重要技术之一, 它应用谐振的原理, 使开关器件中的电流(或电压) 按正弦或准正弦规律变化。
当电流自然过零时, 使器件关断(或电压为零时, 使器件开通) , 从而减少开关损耗。
它不仅可以解决硬开关变换器中的硬开关损耗问题、容性开通问题、感性关断问题及二极管反向恢复问题, 而且还能解决由硬开关引起的EMI 等问题。
当开关频率增大到兆赫兹级范围, 被抑制的或低频时可忽视的开关应力和噪声, 将变得难以接受。
谐振变换器虽能为开关提供零电压开关和零电流开关状态, 但工作中会产生较大的循环能量, 使导电损耗增大。
为了在不增大循环能量的同时, 建立开关的软开关条件, 发展了许多软开关PWM技术。
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。
《软开关技术 》课件
基于电容的软开关技术
电容器：用于存储电能，实现 电能的平滑过渡
开关原理：通过改变电容器的 充放电状态，实现开关功能
应用领域：广泛应用于电力电 பைடு நூலகம்、新能源等领域
优点：开关速度快、损耗低、 可靠性高
基于变压器的软开关技术
原理：通过控制变 压器的初级和次级 绕组，实现电压和 电流的平滑过渡
优点：可以实现高 功率因数、低谐波、 高效率等优点
硬开关技术：开关的切换过程是瞬间完成的，开关损耗较大
软开关技术：开关的导通时间可以控制，可以实现更精确的电流控制
硬开关技术：开关的切换过程无法控制，电流控制精度较低
软开关技术：开关的导通时间可以控制，可以实现更稳定的电压输出
硬开关技术：开关的切换过程无法控制，电压输出稳定性较差
软开关技术在电力电子领域的应用优势
软开关技术的实现方式
零电压开关 （ZVS）：在开 关管两端电压为 零时进行开关操 作，实现零电压 开关。
零电流开关 （ZCS）：在开 关管电流为零时 进行开关操作， 实现零电流开关。
谐振开关：利用 谐振电路实现开 关管的开关操作， 提高开关效率。
软开关技术在电 力电子设备中的 应用：如逆变器、 整流器、直流电 源等。
软开关技术的分类
零电压开关（ZVS）
零电流开关（ZCS）
零电压零电流开关 （ZVZCS）
谐振开关（RCS）
软开关技术在电力电 子领域的应用
软开关技术的应用场景
电动汽车：如电机驱动、电 池管理系统等
电力系统：如高压直流输电、 柔性交流输电等
电力电子设备：如开关电源、 逆变器、电机驱动等
太阳能和风能发电系统：如 逆变器、功率调节器等
04 软开关技术的优势
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。
60+小时深度讲解半桥串联谐振软开关llc开关电源设计_概述
60+小时深度讲解半桥串联谐振软开关llc开关电源设计概述1. 引言1.1 概述半桥串联谐振软开关LLC开关电源设计是一种广泛应用于电子设备中的高效率、稳定性良好的电源设计方案。
该设计基于半桥串联谐振软开关和LLC拓扑结构，通过充分利用谐振特性和软开关技术，实现了功率转换过程中的低损耗和小尺寸化。
本文将全面深入地讲解半桥串联谐振软开关LLC开关电源设计的相关知识和步骤，并以实例分析和应用案例分享为支撑，帮助读者更好地理解该设计方案并能够在实际应用中进行有针对性的设计。
1.2 文章结构本文共分为五个部分，每个部分包含详细内容如下：第一部分是引言部分。
我们将介绍半桥串联谐振软开关LLC开关电源设计的概述、文章结构和目的，为读者提供一个整体了解。
第二部分将详细介绍半桥串联谐振软开关和LLC开关电源的基本原理和特点，使读者能够对这两个重要组成部分有一个清晰的认识。
第三部分将深入讲解半桥串联谐振软开关LLC开关电源设计的具体步骤和流程。
我们将从电路拓扑选择和分析、参数计算和元件选择以及控制策略设计和仿真验证三个方面进行详细阐述，帮助读者在设计过程中能够有条不紊地进行。
第四部分将通过实例分析和应用案例分享，展示半桥串联谐振软开关LLC开关电源设计在不同情境下的应用场景和解决方案。
我们将分享一个100W半桥串联谐振软开关LLC电源设计与实现的案例，一个高效率高功率300W半桥串联谐振软开关LLC电源设计实践案例，以及一个线性及非线性负载适配的多输出变换器设计案例研究。
最后一部分是结论部分。
我们将对本文内容进行总结，并展望半桥串联谐振软开关LLC开关电源设计的未来发展趋势，并提出一些讨论问题供读者进行进一步思考与交流。
1.3 目的本文旨在提供一个全面、深入、系统的介绍半桥串联谐振软开关LLC开关电源设计的文章，帮助读者理解该设计方案的工作原理、设计步骤和流程，并通过实例分析和应用案例分享，让读者能够将理论知识与实际应用相结合，为电源设计提供有参考价值的指导。
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。
电力电子硬开关与软开关技术
适用于高电压、大电流的应用场景
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适用于多种不同的控制策略
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硬开关的工作原理
硬开关的基本概念：介绍硬开关的定义、特点和应用范围
硬开关的工作原理：详细描述硬开关的工作原理，包括开通和关断过程
软开关的工作原理
软开关的优点：软开关技术具有高效率、高可靠性、低噪声、低电磁干扰等优点，因此在电力电子领域得到了广泛应用。
软开关的应用：软开关技术可以应用于各种电力电子设备中，如逆变器、整流器、电源转换器等，以提高设备的性能和可靠性。
软开关的基本概念：软开关是一种无触点开关，通过控制功率器件的驱动信号的开通和关断，实现开关管的零电压开通和零电流关断。
电力电子软开关技术的优点： - 开关过程中电压和电流应力较小 - 开关过程中电磁干扰较小 - 开关过程中产生的热量较少，不需要大型散热装置
电力电子硬开关与软开关技术的发展趋势
未来发展方向
电力电子硬开关与软开关技术的融合发展
新型电力电子器件的研究与应用
绿色环保、节能减排的推广
智能化、自动化技术的应用
硬开关与软开关工作原理的比较：硬开关适用于大电流、高电压的电路，而软开关适用于小电流、低电压的电路，两者适用范围不同
硬开关的工作原理：通过控制开关的通断来控制电路的通断
软开关的工作原理：通过控制开关的导通角来控制电路的电压和电流
应用场景的比较
电力电子硬开关的应用场景： - 高电压、大电流的电力电子系统 - 需要高效率、高功率密度的场合 - 适用于对控制精度要求不高的场合 - 高电压、大电流的电力电子系统- 需要高效率、高功率密度的场合- 适用于对控制精度要求不高的场合电力电子软开关的应用场景： - 低电压、小电流的电力电子系统 - 需要高频率、高效率的场合 - 适用于对控制精度要求较高的场合 - 在通信、计算机、航空航天等领域有广泛应用- 低电压、小电流的电力电子系统- 需要高频率、高效率的场合- 适用于对控制精度要求较高的场合- 在通信、计算机、航空航天等领域有广泛应用
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软开关技术在开关电源中的应用阐述
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。
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。
开关电源的基本工作原理顾名思义，开关电源就是利用电子开关器件(如晶体管、场效应管、可控硅闸流管等)，通过控制电路，使电子开关器件不停地接通和关断，让电子开关器件对输入电压进行脉冲调制，从而实现DC/AC、DC/DC电压变换，以及输出电压可调和自动稳压。