电力电子高频软开关技术特点及其应用分析
高频开关电源系统的优化设计及应用研究
高频开关电源系统的优化设计及应用研究在电力系统中，直流电源作为继电保护、自动装置、控制操作回路、灯光音响信号及事故照明等电源之用，是发电厂和变电站比较重要的设备。
因直流电源故障而引发的事故时有发生，所以，对直流电源的可靠性、稳定性具有很高要求。
传统的直流电源多数采用可控硅整流型。
近几年来，我国电网已经全面采用智能化的高频开关电源，这种电源系统具有许多优点：安全、可靠、自动化程度高、具有更小的体积和重量、综合效率高以及噪音低等，大大降低了运行人员的工作量，适应电网发展的需要，值得推广使用。
1 高频开关电源优化设计研究1.1 淘汰线性电源设计相对于传统的线性电源开关设计，高频开关电源在技术上有着明显的优势。
受限，其能够在开关内节省下一定的空间，而这一空间就是传统线性电源中变压器的空间，这样就能够使开关电源的重量更轻、体积更小。
同时高频开关电源在设计上是为了满足不断提高工作频率的要求，因此其能够满足于现代不同设备的功率输出，克服输出波纹过大等诸多问题，使得高频开关电源更加适合现代市场的需求。
1.2 小型化设计趋势随着现代集成技术的发展，各类电子设备在设计和研发的过程中都向着更小、更轻便的方向进行发展，因此各电子设备的小型化设计趋势非常明显。
因此，在对开关电源进行设计的过程中也必须要考虑到其安装设备的大小，也需要向着小型化的方向进行发展。
同时，电源在使用的过程中，其内部的电容、变压器以及质量都是与电源工作频率的平方根呈现反比情况，以此，随着不断开关电源的工作效率不断提高，其本身的体积必然会朝着更加小型化的方向发展。
另外，小型化的电源开关在设计和研发的过程中其所消耗的原材料较少，能够有效降低生产企业的生产成本，具有着极重要的经济价值。
1.3 电磁干扰的屏蔽设计在高频开关电源工作的过程中，随着开关的开通和中断，这种快速的电流变化就会引发噪音，噪音经过传导传递到开关外部，就形成了一定的电磁干扰现象，而这也是高频开关电源工作效率较低的原因之一。
电力电子技术第7章 软开关技术
（1） 零电压开关准谐振电路
ug
VDT
关断过程 开通过程
uT (uCr)
Lr
O
t t t t t0 t1 t2 t3t4t5 t6 t0 t
L
+
T
iT iLr
O uVD
ui
Cr
VD
C
R
uo
-
◆其中开关管T和谐振电容 Cr并联，谐振电感 Lr 与T串联。假设电 路中电感L和电容C值很大。 ◆假设电感L和电容C很大，可以等效为电流源和电压源，并忽略 电路中的损耗。 ◆开关电路的工作过程是按开关周期重复的，在分析时可以选择开 关周期中任意时刻为分析的起点，选择合适的起点，可以使分析得到 简化。
（1） 零电压开关准谐振电路
ug
VDT
关断过程 开通过程
uT (uCr)
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t t t t t0 t1 t2 t3t4t5 t6 t0 t
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-
◆工作过程 ☞选择开关关断时刻为分析的起点。 ☞t0~t1时段：t0之前，S导通，VD为断态，uCr=0，iLr=IL，t0时刻T关 断，Cr使T关断后电压上升减缓，因此T的关断损耗减小，T关断后， VD尚未导通；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。
（1） 零电压开关准谐振电路
ug
VDT
关断过程 开通过程
uT (uCr)
Lr
O
t t t t t0 t1 t2 t3t4t5 t6 t0 t
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。
电力电子硬开关与软开关技术
应用领域
电力电子设备：如 变频器、开关电源
等
电力系统：如高压 直流输电、柔性交
流输电系统等
电动汽车：如车载 充电机、电机驱动
器等
轨道交通：如牵引 变流器、辅助变流
器等
工业自动化：如伺 服驱动器、可编程
逻辑控制器等
家用电器：如空调、 冰箱、洗衣机等
航空航天：如电力 电子控制器、电源
管理系统等
优缺点
01 02 03 04
01
优点：开关速度快，易于实现， 成本较低
02
缺点：开关损耗大，电磁干扰严 重，不利于高频应用
03
优点：适用于低压、低频应用场 合
04
缺点：在高压、高频应用场合，开 关损耗和电磁干扰问题更加严重
2
原理与特点
01
原理：利用电 力电子器件的 导通和关断特 性，实现开关 状态的快速转 换
02
特点：开关速 度快，损耗低， 效率高，噪声 小，可靠性高
03
应用：广泛应 用于电力电子 设备，如变频 器、开关电源、 UPS等
04
发展趋势：随 着技术的发展， 软开关技术在 电力电子领域 中的应用将越 来越广泛。
应用领域
电力电子设备：如变频器、 电源、逆变器等
电动汽车：如电机驱动、电 池管理系统等
发展趋势
硬开关技术逐渐被 软开关技术取代
软开关技术在电力 电子领域得到广泛 应用
软开关技术在提高 效率、降低损耗方 面具有优势
软开关技术在提高 系统可靠性和稳定 性方面具有潜力
1
2
3场合
软开关：开关 速度慢，损耗 小，噪声小
硬开关：成本 较低，技术成 熟
硬开关：适用 于大功率、高 电压场合
电力电子系统的软开关技术应用
电力电子系统的软开关技术应用电力电子系统是现代电力系统中一种重要的组成部分，在能量转换和电力控制方面发挥着关键的作用。
然而，传统的硬开关技术存在着一些问题，如能量损耗大、温升高、开关速度慢等。
为了克服这些问题，软开关技术应运而生。
本文将介绍电力电子系统中软开关技术的应用。
一、软开关技术概述软开关技术是通过控制电流和电压的相位和频率来实现开关过程的一种技术。
相较于硬开关技术，软开关技术具有以下优点：能量损耗小、温升低、开关速度快、抗干扰能力强等。
软开关技术在电力电子系统中得到了广泛的应用和推广。
二、软开关技术在电力电子系统中的应用1. 可逆变器可逆变器是一种电力电子系统，用于将直流电转换为交流电。
传统的硬开关技术在可逆变器中存在能量损耗大、谐波干扰大的问题。
而软开关技术可以有效解决这些问题，提高可逆变器的性能和效率。
2. 无线电频率功率放大器无线电频率功率放大器是一种用于放大和调节无线电频率信号的设备。
传统的硬开关技术在功率放大器中会产生较大的谐波干扰和电磁干扰。
而软开关技术可以通过精确地控制开关时间和频率，减少谐波干扰，并提高功率放大器的效率。
3. 交流输电系统交流输电系统是通过变压器将电能从发电站输送到用户的系统。
传统的硬开关技术在交流输电系统中存在能量损耗大和电流调节精度低的问题。
软开关技术可以通过控制开关的相位和频率，实现电流和电压的精确调节，提高交流输电系统的效率和稳定性。
4. 电动汽车充电系统电动汽车充电系统是将电能传输到电动汽车中进行充电的系统。
传统的硬开关技术在电动汽车充电系统中存在能量损耗大和充电速度慢的问题。
而软开关技术可以减少能量损耗，并通过提高充电器的开关速度，实现快速充电。
三、软开关技术的发展趋势随着电力电子系统的不断进步和发展，软开关技术也在不断发展和完善。
未来，软开关技术将更加智能化和自动化，能够根据实际情况自行调节开关时间和频率，以提高电力电子系统的性能和效率。
此外，软开关技术还有望应用于更多的领域，如光伏发电系统、风力发电系统等。
现代电力电子技术中的软开关技术
心内容尤其是能有效地 减小电能变换装 置引起 的环境污染（ 噪声等） 和 电磁
污染 （ Ｅ ＭＩ ） ， 为发展无公害电力 电子产品提供 了有效 的方法和途径。 二、 谐振软开关 的工作原 理， 种类及特点 谐振软开关是八十年代提出并用 于ＤＣ — ＤＣ变换器 中【 ２ ］ 。它利用 电路 发生谐振时， 电流或 电压形成周期性地过零点， 并使开关器件在在零电流或
３ 、 多谐振变换器 （ Ｍｕ ｌ ｔ ｉ — ｒ ｅ ｓ ｏ ｎ ａ ｎ ｔ ｃ ｏ ｎ ｖ ｅ ｒ ｔ ｅ ｒ ｓ ， ＭＩ ＜ Ｃｓ ） ： 它和准谐振变换器
一
样， 谐振元件参与能量变换 的某一个阶段 ， 而不是全程 参与 。不 同之处是 多谐振变换器的谐振回路和参数要均多于两个 ， 因此称为多谐振变换器。 谐振变换器是一个调频系统，这是为 了保持输 出电压不随输入 电压变
ｃ ｕ ｒ ｒ ｅ ｎ ｔ — ｓ ｗｉ ｔ ｃ ｈ ｉ ｎ ｇ Ｑｕ ａ ｓ ｉ — ｒ ｅ ｓ ｏ ｎ ａ ｎ ｔ ｃ ｏ ｎ ｖ ｅ ｒ ｔ ｅ ｒ ｓ ． Ｚ ＣＳ ＱＲＣ ｓ ） 。
软开关（ ｓ ｏ ｆ ｔ ｓ ｗｉ ｔ ｃ ｈ ｉ ｎ ｇ ） 技术是近年来 电力电子 学领域 中的一个主要研究 方向。 对软开关理论 的深入研究， 使软 开关技术成为电力电子变换技术的核
科 学 进步
馘 嗨岛蛄
现代 电力电子技术中的软开关技术
朱建林
（ 湖南科技经 贸职 业学院 湖南 衡阳 ４ ２ １ ０ ０ ９ ）
摘 要： 论述 了现代 电力 电子技术 的软开关技术及其新 发展 ， 论述 了由无损耗缓冲 技术和谐振技术组合而成 的软开关技术 。 关键 词： 软开关 谐振现象 变换器
变 换 的某 ～ 个阶 段 ， 而 不 是 全程 参 与 。 由于 正 向和 反 向等 电路 参 数 不 同 ， 谐
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。
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。
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电力电子高频软开关技术特点及其应用分析
摘要：透过实际调查发现，有关软开关技术项目已然在功率变换器应用领域之
中得到全方位推广沿用，其核心意义在于大幅度提升设备整体性能、运作效率，
改善其功率密度基础上，全力规避以往电能变换装置频繁引发的电磁和环境污染
状况。
由此，笔者决定在客观论证电力电子高频软开关的基础性工作原理和技术
特征基础上，联合丰富实践经验探讨其可靠性的实践应用前景，希望能够为相关
工作人员作为参考之用。
关键词：电力电子；高频软开关；技术特征；应用前景
前言：结合以往硬开关功率变化技术工作原理加以对比校验，尤其是在功率
开关管导通或是断开过程中，因为不同类型部件之上的电压或是电流必然会高于零，所以其间经常会引发较大数量的功率消耗现象。
同步状况下，一旦说开关频
率越高，对应的损耗效应就愈加深刻，此时变换器工作效率出现极速的降低状况；再就是经过频率与功率的持续提升过后，内部滋生出的EMI也会随之加大，对附
近电器和电网等必要性资源造成的限制效应也就更为严峻。
透过此类现象观察，
改善开关频率已然是目前开关变换技术的关键性改革发展指标，即在确保将变换
器体积、重量缩小在合理空间范畴前提下，大幅度提升该类器具的功率密度和集
成化运作效果。
一、软开关技术的基础性工作原理
所谓软开关技术，实际上就是借助谐振原理，将开关变换器之中流通的电流
或是电压，依照正弦或是准正弦的形式进行波动性变化，持续到这部分电流达到
自然过零状态时，及时地断开当中的开关管；再就是在开关管电压维持在自然过
零效果期间，导通当中的开关管，进一步保证其不管是在断开或是导通情况下产
生的损耗都控制为零，进一步落实这部分开关电源的高频化改良研发目标，为日
后电源效率合理程度地提升，以及EMI现象滋生几率适度地缩减等理想化前景绽放，做充分的过渡准备工作。
而在此期间，涉及硬开关和软开关之间工作原理的
差异现象则具体如下所示：
首先，硬开关方面。
其开关环节中，内部的电压与电流都不会为零，并且衍
生出重叠现象。
在此期间，涉及内部电流与电压的波动幅度十分之大，这点透过
波形显著化的过冲现象可以得到清晰认证，严重情况在甚至会导致开关强烈的损
耗和噪声效应。
其次，软开关方面。
其在原电路之上会额外增加一些小电感、电容等谐振类
部件，同时主张在开关过程前后进行谐振引入，可确保在顺利规避硬开关工作过
程中出现的电压、电流重叠现象基础上，有效削减开关自身的损耗程度，并且适
度降低开关噪声。
二、电力电子高频软开关的技术特征
依照开关部件开通和断开过程中的电压、电流分布现象认证分析，可以顺势
延展出零电压与零电流两类电路类型。
笔者在深入性探讨软开关技术改良发展的
过程基础上，决定将软开关技术控制下的电路划分出准谐振、零开关PWM、零
转换PWM三类电路。
当中每一类软开关电路都能够在降压、升压型等电路之中
贯穿沿用，更为重要的是能够透过基本开关单元之中导出对应的电路。
（一）准谐振电路
其中的电压或是电流的波形，主要呈现出正弦半波的形态，所以有关技术领
域将其命名为准谐振。
经研究发现，早期阶段的软开关电路主要包含零电压、零
电流开关准谐振电路，以及零电压开关多谐振电路三种，主要应用在逆变器的谐
振直流环节之中。
至于其技术特征则表现为：
谐振电压峰值相对较高，同步状况下要求内部安插的部件必须维持较高的耐
压性能；谐振电流本身保留较大的有效值，特别是当电路之中出现大规模的无功
率交换状况期间，一旦电路导通就会引发相对强烈的损耗效应；而谐振周期则会
在输入电压、负载波动的基础上，同步发生改变现象，所以在该类电路之中只可
以沿用脉冲频率调制途径加以协调化操控。
（二）零开关PWM电路
其主张进行辅助开关引入，目的是在谐振现象产生的初始阶段之中进行协调
化控制，至此令谐振现象单纯发生地开关过程前后。
至于该类技术的特征则表现为：
电路在相对宽阔的输入电压范畴之中和零负债到满载等情况下，都能够维持
合理的工作状态。
其间电路内部的无功率交换会被持续削减到最小范畴以内，因
此会令整个电路工作效率得到更高等级层次的提升。
（三）零转换PWM电路
其同样沿用辅助开关进行谐振现象的开始阶段控制，不过存在差异迹象的是，这部分谐振电路和主开关是维持并联状态的。
其技术特征主要如下所示：电路在较宽的输入电压范畴之内或是负载-满载环境下都能够达到正常工作效果；再就是电路之中无功率的交换会被削减到最小范围之内，同步状况下令这部
分电路工作效率有利理想化地改善。
三、电力电子高频软开关技术可靠性的应用实践
电力电子高频软开关变换器能够在确保不增加或是增加较少部件的基础条件下，减少开关器之中电压、电流的额定数值，同时大幅度提升功率变压器的利用
率和输出功率，进一步贯彻落实开关部件的恒频控制目标。
最为重要的是，应用
该类技术手法过程中滋生出的电压电流应力也会控制在较小范畴以内。
归结来讲，软开关变换器的高频化改造，是变换器的主流发展方向，其不单单有助于持续削
减变换器体积和重量，降低开关电源产生的噪声，同时可以全面提升变换器的功
率密度与动态响应，应用前景十分可观。
笔者在此主要以转起动器为例，其沿用电力电子和微处理器技术，以及诸多
先进控制理论进行设计生产，如今被视为创新型节能产品的代表。
其和市场广泛
流通的继电控制模式的磁控式、自偶式等降压起动器相互对比，具备起动机械应
力合理降低、电动机和相关设备应用寿命适度延长、起动参数可视负载调整等优
势特征，能够换取最为理想化的起动控制成果；再就是具备多样化的起动控制方
式和保护功能，方便针对内部工艺进行革新调试基础上，保护设备。
尤其是当中
特殊的外控端子，能够高效率地落实异地和自动化控制目标；而全数字开放式的
用户操作显示键盘，控制起来十分简易且灵活，加上高度集成化的Intel微处理器控制系统支持，性能绝对十分可靠，可以在环保、冶金、建筑等行业之中全方位
推广沿用。
结语：综上所述，电力电子高频软开关技术特征相对繁多，有关工作人员要
确保预先熟练地掌握这部分理论性内容，如此一来，才能确保今后不管面对任何
突发性状况，都能够持续加快该类技术在不同行业的实践应用进程。
长此以往，
为我国社会主义事业可持续改革发展，提供愈加强劲的推动力。
参考文献：
[1]王建秋.一种基于移相全桥软开关技术的开关电源的研制[D].大连交通大学，2010.
[2]于玲.浅谈软开关技术及其应用[J].山东纺织经济，2010，14（07）：124-135.
[3]钟丹阳.软开关技术的原理与应用[J].技术与市场，2016，19（11）：134-152.
作者简介：
刘云太（1989-10-05），男，汉，山东省菏泽市人，在读硕士研究生，研究方向：电力电子及其应用。