电力电子系统的软开关技术应用
电力电子软开关技术综述
电力电子软开关技术综述石黄霞;何颖;董晓红【期刊名称】《微处理机》【年(卷),期】2013(034)004【摘要】采用软开关技术降低开关损耗、耐压以及电磁干扰,进一步提高开关频率对电力电子技术的发展是非常重要和关键的方法.概述了软开关技术的产生、功能、分类及其特性等.对准谐振变换电路、零开关PWM变换电路和零转换PWM变换电路的拓扑结构和工作原理进行了分析讨论.%For the development of power and electronic technology,it's very important to decrease the switching power loss,voltage resistance and electromagnetic interfere by the soft switching technology for increasing the switch frequency further.This paper describes the soft switch technology ofgeneration,function,classification and function,etc.The topology structure and working principle of the quasiresonant converter circuit,the zero-switching PWM convert circuit and the null transformation PWM convert circuit are analyzed and discussed.【总页数】6页(P1-6)【作者】石黄霞;何颖;董晓红【作者单位】新疆工程学院电气与信息工程系,乌鲁木齐830091;新疆工程学院电气与信息工程系,乌鲁木齐830091;新疆工程学院电气与信息工程系,乌鲁木齐830091【正文语种】中文【中图分类】TP23【相关文献】1.电力电子高频软开关技术特点及其应用 [J], 樊润洁;李金堂2.现代电力电子技术中的软开关技术 [J], 朱建林3.软开关技术在现代电力电子控制电路中的应用和发展 [J], 王德常4.采用电力电子集成技术的软开关PFC电路的研究 [J], 陈文洁;杨拴科;杨旭;王兆安5.高频电力电子电路之无源软开关技术的研究 [J], 林周布因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
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
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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
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VDT
关断过程 开通过程
uT (uCr)
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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
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。
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。
电力电子技术软开关技术课件
电力电子技术软开关技术课件
7.2 软开关电路的分类
2）零开关PWM电路
引入了辅助开关来控制谐振的开始时 刻，使谐振仅发生于开关过程前后。
零开关PWM电路可以分为：
• 零电压开关PWM电路（Zero-VoltageSwitching PWM Converter—ZVS PWM）
• 零电流开关PWM电路（Zero-CurrentSwitching PWM Converter—ZCS PWM）
b）软开关的关断过程
图7－2 软开关的开关过程
电力电子技术软开关技术课件
7.1.2 零电压开关和零电流开关
• 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
– 开关关断前其电流为零——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。
uLr
O
t
时处于通态，每个开关关
iLr
断到另一个开关开通都要
O
t
经过一定的死区时间。
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图 7-14 移相全桥零电压开电关力P电W子M技电术路软开关技术课图件O 7-1t58t9移t0 相t1全t2 t3t桥4 t5 电t路6 t7 t的8t9 t理0 想化波t 形
电路中的整流或逆变环节工 作在软开关的条件下。
图 7-11 谐振直流环电路原理图
• 由于电压型逆变器的负载通 常为感性，而且在谐振过程 中逆变电路的开关状态是不 变的，因此分析时可将电路 等效。
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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。
总结：
软开关技术是电力电子系统中一种重要的技术，可以有效解决传统
的硬开关技术所存在的问题。
在可逆变器、无线电频率功率放大器、
交流输电系统和电动汽车充电系统等方面都有广泛的应用。
随着技术的发展，软开关技术将进一步提高电力电子系统的性能和效率。
我们期待软开关技术在电力领域发挥更大的作用，为电力系统的发展做出更大的贡献。