第7章 软开关技术
第7章
概述
7.1.1 硬开关与软开关
7.1.2 零电压开关与零电流开关
7.2 软开关电路的分类
7.3.1 零电压开关准谐振电路
7.3.2 谐振直流环
7.3.3 移相全桥型零电压开关PWM电路
7.3.4 零电压转换PWM电路
本章小结
第7章
概述
7.1.1
零电压开关为零电压开通，简称零电压开关。U i r
S
VD S
L r
VD
L C A
R S
u Cr )
i Lr
u VD t t t t t t t t i S O
O O
O O
?零电流开关零电流关断，简称零电流开关。
U
i
S VD L C
R
S S
i S
VD
t 0
t 1
t t t
t
O
O
O
O
零电压关断零电流开通
准谐振电路零开关PWM电路零转换PWM 电路
VD
S
L L S VD
L S
VD VD
S
L
S L r r VD L S VD L r L C r S
VD L r L C r2
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 方式来控制。
S L r
r VD
L S 1
零电压开关PWM 电路的基本开关单元
S VD
L r L
C r
S
1
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。
10
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。S L r VD L S
1C r VD 1L r C r S 1S VD VD 1
L b)
U
i
r
S
VD
S
L
r
VD
L
C
A
R
S
)
S
Lr
VD
O
O
O
O
O
C r
U i
+u Cr
I L
A
r
r d d C I t
u L C
S
r )
S Lr VD 010
5O
O
O O O t 0~t 1时段：t 0时刻之前，开关S 为通态，二极管VD 为断态，u Cr =0，i L r =I L t 0时刻S 关断，与其并联的电容C r 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L r +L 向C r 充电，u C r 线性上升，同时
VD 两端电压u VD 逐渐下降，直到t 1时刻，u VD =0，VD 导通。这一时段u C r 的上升率：
C r
U i
+u Cr i L r
S
)
S Lr VD O
O
O O O t 1~t 2时段：t 1时刻二极管VD 导通，电感L 通过VD 续流，C r 、L r 、U i 形成谐振回路。t 2时刻，i L r 下降到零，u C r 达到谐振峰值。
],[,,d d d d 41r i r r r r i
r r r 1
1
t t t I i U u i t u C U u t i L L t t L t t C L C C L ∈====+==r i r d d L U t i L =U i
r
S VD S
L r
VD L
C
A
R
S r )
S Lr
VD
O
O
O O O 232时刻后，C r 向L r 放电，直到t 3时刻，u C r =U i ，i L r 达到反向谐振峰值。t 3~t 4时段：t 3时刻以后，L r 向C r 反向充电，u C r 继续下降，直到t 4时刻u C r =0。t 1到t 4时段电路谐振过程的方程为：（7-2）
t 4~t 5时段：VD S 导通，u C r 被箝位于零，i L r 线性衰减，直到t 5时刻，i L r =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。t 5~t 6时段：S 为通态，i L r 线性上升，直到t 6时刻，i L r =I L ，VD 关断t 4到t 6时段电流i L r 的变化率为：（7-3）
t 6~t 0时段：S 为通态，VD 为断态。
的谐振峰值表达式（即开关S 承受的峰值电压）：
],[,
1
,
)(sin )(41r
r r i 1r r
r
r t t t C L U t t I C L t u L C ∈=+-=ωωi r
r
p U I C L U L +=
i r
r
U I C L L ≥
L r
U i S
C
r
V
D S
L r U i
S
C r V
D S
L
i Lr +u Cr
I
L
R
i Lr
u Cr
U I L
O
O t 0~t 1时段：t 0时刻之前，开关S 处于通态，i L r >I L 。t 0时刻S 关断，电路中发生谐振。i L r 对C r 充电，t 1时刻，u C r =U i 。t 1~t 2时段：t 1时刻，谐振电流i L r 达到峰值。t 1时刻以后，i L r 继续向C r 充电，直到t 2时刻i L r =I L ，u C r 达到谐振峰值。t 2~t 3时段：u C r 向L r 和L 放电，i L r 降低，到零后反向，直到t 3时刻u C r =U i 。t 3~t 4时段：t 3时刻，i L r 达到反向谐振峰值，开始衰减，u C r 继续下降，t 4时刻，u C r =0，S 的反并联二极管VD S 导通，u C r 被箝位于零。
t 4~t 0时段：S 导通，电流i L r 线性上升，直到t 0时刻，S 再次关断。电压谐振峰值很高，增加了对开关器件耐压的要求。
S 1
S 2
S
3
S
4
C
S1
C
S4
C
S2
C
S3
VD
2
VD
1
L
r
L
A
B U
i u
R
C
R
+
-
S
1
S
3
S
4
S
2
AB
Lr
Lr
T1
u
R
VD1
VD2
i
L
t t t t t t t t t t t
t
t t
t
t
t
t
t
t
t
t
t
t
t
O
O
O
O
O
O
O
O
O
O
O
O
关断后，电
S2
i
L
r
k
C
S1
S
4
L
r
L
VD
1
U
i
C
S2
VD
S2
A