软开关的基本概念
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。
《软开关技术》课件
混合型软开关电路
结合电压型和电流型电路的特点，实现更高效的软开关。
控制策略
恒定电压控制
保持输出电压恒定，通过调节占空比或频率来实现软 开关。
恒定电流控制
保持输出电流恒定，通过调节占空比或频率来实现软 开关。
恒功率控制
保持输出功率恒定，通过调节占空比或频率来实现软 开关。
软开关技术
CATALOGUE
目 录
• 软开关技术概述 • 软开关技术的优点 • 软开关技术的应用领域 • 软开关技术的实现方式 • 软开关技术的发展趋势 • 软开关技术的前景展望
01
CATALOGUE
软开关技术概述
软开关技术的定义
软开关技术是指在电力电子变换器中 ，利用控制技术实现功率开关管的零 电压开通和零电流关断的一种新型开 关技术。
01
通过调节脉冲宽度来控制开关的导通和关断时间，实现软开关
。
脉冲频率调制（PFM）
02
通过调节脉冲频率来控制开关的导通和关断时间，实现软开关
。
脉冲相位调制（PPM）
03
通过调节脉冲相位来控制开关的导通和关断时间，实现软开关
。
电路拓扑结构
电压型软开关电路
通过在开关管两端并联电容来实现软开关。
电流型软开关电路
高效率的电源能够减小散热需求，降低散热成本，同时减小电源体积和重 量，提高电源的便携性和可靠性。
降低电磁干扰
01
软开关技术能够减小开关过程 中电压和电流的突变，从而降 低电磁干扰(EMI)。
02
降低电磁干扰有助于提高电子 设备的电磁兼容性(EMC)，使 其在复杂电磁环境中稳定工作 。
03
降低电磁干扰还可以减小对周 围电子设备的干扰，提高整个 系统的稳定性。
007软开关技术
Cr
Lr
L
S VD
Lr
L
S
Cr
VD
Cr1
Lr
L
S
Cr2
VD
零电压开关准谐振 零电流开关准谐振
零电压开关多谐振
7.2 软开关电路的分类
2．零开关PWM电路
引入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-Voltage-Switching PWM Converter-ZVS PWM）
O
t t
Ui
Lr B
VD2
CR
uLr O
iLr
t
S2 CS2 S4 CS4
O uT1
t
O
t
uR
图 7-14 移相全桥零电压开关PWM电路
O iL
t
O
t
iVD1
O iVD2
t
O
t8 t9 t0
t1 t2 t3t4 t5
t6 t7 t8t9 t0
t
图 7-15 移相全桥电路的理想化波形
7.3.3 移相全桥型零电压开关PWM电路
t1~t2阶段的等效电路图
CS3 iLr
VDS3
iL
L VD1
+ Uo
Ui
Lr B
R
S2 CS4
VD2
–t4~t5：S3开通后，Lr的电流继续减小。 iLr降到零后反向增大，t5时刻iLr=IL/kT， T二次侧VD1的电流下降到零而关断，IL全
t3~t4阶段的等效电路
7.3.4 零电压转换PWM电路
软构开成关辅：助•换在流电网路络中，增在加开了关小过电程感前、后电引容入等谐振过元程件，开在关开开关 通前电压过先程降前为后零引，入或谐关振断，前使电开流关先条降件为得零以，改就善可。以消除开
软开关的原理及应用电路
软开关的原理及应用电路软开关是一种用于控制电路开关状态的电子元件。
它不同于传统的机械开关，软开关主要通过电子元件的控制来实现开关功能。
软开关因其较传统机械开关具有更快的开关速度、更小的体积和更可靠的性能等特点，在许多电子设备中被广泛应用。
软开关的原理主要是通过调节电压或电流来控制开关器件的导通与断开。
在软开关电路中，通常会使用一些特殊的元件来实现这个功能，如场效应晶体管（FET）、双极性晶体管（BJT）和二极管等。
以场效应晶体管为例，软开关的原理如下：当控制电压施加在场效应晶体管的控制端（栅极）上时，电场会影响晶体管内部电荷分布，从而改变导电区域的形状和大小。
当控制电压高于或等于场效应晶体管的临界电压时，电场的影响使得通道形成，并且允许电流通过。
反之，当控制电压低于临界电压时，通道断开，电流无法通过。
因此，我们可以通过控制输入电压来实现软开关的开关操作。
软开关的应用电路主要包括以下几个方面：1. 电源开关：软开关常用于电源开关电路中，可以实现对电源或电池的控制。
在很多移动设备中，软开关可以起到延长电池寿命的作用，当设备不使用时，软开关可以断开电池电路，以减少能量消耗。
2. 电机控制：软开关可以用于电机控制电路中，实现对电机的启动和停止。
通过控制软开关的状态，可以控制电机的转动方向和转速，从而实现对电机的精确控制。
3. 灯光控制：软开关可以用于灯光控制电路中，实现对灯光的开启和关闭。
在智能家居系统中，软开关可以通过传感器或遥控器的信号来控制灯光的亮度和颜色，实现智能化灯光控制。
4. 数字逻辑电路：软开关可以用于数字逻辑电路中，实现对逻辑电路的控制。
通过软开关的导通和断开，可以控制数字逻辑电路的工作模式和运算功能，如加法器、乘法器等。
5. 通信设备：软开关也可以应用于通信设备中，如手机、电脑等。
通过软开关的控制，可以实现对通信设备的开关操作和电源管理，提高设备的性能和使用寿命。
总之，软开关是一种用于控制电路开关状态的电子元件，通过调节电压或电流来实现对开关器件的导通与断开。
第8章软开关技术1214
• 所谓软开关就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，功率器件开关损耗大大减小。
• 与此同时， du/dt和di/dt大为下降，提高了变换 器的可靠性，由于软开关开关损耗很小，与硬开 关相比，它可以工作于较高的工作频率，因此减 小变换器的体积和重量，同时提高变换器的变换 效率。
● 输入电压和负载电流对电路的谐振过程的影响很小； ● 电路在很宽的输入电压范围内并从零负载到满载都
能工作在软开关状态；开关损耗最小,使得电路效率 有了进一步提高。 ● 与以往软开关技术相比，零转换PWM技术更适合高电 压、大功率的变换电路。
20
5．谐振型直流环节逆变电路
谐振直流环电路应用于交流-直流-交流变换电路的中间 直流环节（DC-Link）。它通过在直流环节中引入谐振， 使电路中的整流或逆变环节工L VD
Lr Cr S1
S VD1
L VD
a)
b)
a）零电压转换PWM电路基本开关单元 b）零电流转换PWM电路基本开关单元 图 8-6 零转换PWM电路的基本开关单元
19
➢零转换PWM电路在保留零开关PWM电路的优点 基础上，还有如下特点：
● 在实现软开关的同时又不增加开关器件的电压电流 应力；
Cr Lr L
S VD a）
Lr
L
S
Cr VD
Cr1 Lr L
S Cr2 VD
b）
c）
a）零电压开关准谐振电路基本开关单元 b）零电流开关准谐振电路基本开关单元
c）零电压开关多谐振电路基本开关单元
图 8-4 准谐电路的基本开关单元
15
准谐振
第十章软开关技术1
3、同时做到1、2，开通损耗为零。
减小关断损耗的方法：
1、在开关管关断前，使其电流减小到零，所谓的零电流关断。 （从上图（a）可 以看出，开通损耗基本为零。） 2、在开关管关断前，使其电压保持在零，或者限制电压的上升率，从而减小电流 与电压的重叠区。 所谓的零电压关断。（从上图（b）可以看出，开通损耗大大 减小） 3、同时做到1、2，关断损耗为零。
10.3 典型的软开关电路
零电压准谐振变换器
假设电感L和电容C都很大，等效为电流 源和电压源，并忽略电路中的损耗。
10.3 典型的软开关电路
10.3 典型的软开关电路
Lr 2 ucr I L sin r (t t1 ) U i , Cr
开关管S承受的峰值电压
r
1 , t t1 , t 4 Lr Cr
（a） 零电流开关
（b）零电压开关
开关损耗包括开通损耗和关断损耗。
10.1 软开关的基本概念
减小开通损耗的方法：
1、在开关管开通时，使其电流保持在零，或者限制电流的上升率，从而减小电流 与电压的重叠区，所谓的零电流开通。 （从上图（a）可以看出，开通损耗大大 减小。） 2、在开关管开通前，使其电压下降到零，所谓的零电压开通。（从上图（b）可 以看出，开通损耗基本为零。）
10.1 软开关的基本概念
10.2 软开关的分类
1. 准谐振变换器（Quasi-resonant converters，QRCs）
2. 零开关PWM变换器（Zero switching PWM converters）
3. 零转换PWM关变换器（Zero transition converters）
Lr 2 UP IL Ui Cr
软开关电路的名词解释
软开关电路的名词解释软开关电路是一种利用电子元件和电路设计技术实现开关功能的电路。
与传统的机械开关相比，软开关电路具有更高的精度和可靠性，广泛应用于电子设备、通信系统、工业控制等领域。
本文将从不同角度解释软开关电路的概念、原理和应用。
一、软开关电路的概念软开关电路是借助电子元器件的导通与截止来实现电路的开关功能。
在软开关电路中，通常使用晶体管或场效应管作为控制元件，通过调节输入信号的电压或电流，以控制开关的状态。
软开关电路可以实现快速的开关动作，并且具有较低的功耗和较高的精确度。
二、软开关电路的原理软开关电路原理涉及到两个基本概念：导通和截止。
当控制信号作用于软开关电路时，通过控制元件的导通，电荷流动形成闭合回路，达到导通状态。
而当控制信号不再作用时，控制元件截止，电路断开，实现截止状态。
在软开关电路中，晶体管是最常用的控制元件之一。
晶体管由三个区域组成：发射区、基区和集电区。
通过在基区施加控制信号，可以控制晶体管的导通与截止。
当控制信号为高电平时，基区产生足够的电压，使得晶体管处于导通状态；当控制信号为低电平时，基区电压不足以维持导通，晶体管进入截止状态。
除了晶体管，场效应管也常用于软开关电路中。
场效应管由栅极、源极和漏极构成。
通过调节栅极电压，可以控制场效应管的导通与截止。
当栅极电压高于一定阈值时，场效应管导通，电流流过；当栅极电压低于阈值时，场效应截止，电流不再流动。
三、软开关电路的应用软开关电路在电子设备和通信系统中有着广泛的应用。
以下列举几个常见的应用案例：1. 电源开关：软开关电路常用于电源开关控制。
通过控制信号，实现电源的打开和关闭。
这不仅方便用户使用，还可以节省大量电能。
2. 电灯调光：软开关电路可以用于调光系统。
通过控制电路的导通状态，可以实现对灯光亮度的调节。
这样可以根据实际需求，提供舒适的光照环境。
3. 电机控制：软开关电路也常用于电机控制系统中。
通过控制电机的启动与停止，实现对电机转速的控制。
什么是电力电子中的软开关技术？
什么是电力电子中的软开关技术？在当今的电力电子领域，软开关技术正扮演着越来越重要的角色。
那么，究竟什么是软开关技术呢？要理解软开关技术，我们首先得从电力电子电路中的开关说起。
在传统的电力电子电路中，开关的开通和关断过程往往不是理想的。
当开关开通时，电流会从零逐渐上升；而当开关关断时，电压会从零逐渐上升。
这种非理想的开关过程会导致开关损耗的产生。
开关损耗主要包括导通损耗和开关过程中的损耗。
导通损耗是由于开关在导通状态下存在一定的电阻，电流通过时会产生功率损耗。
而开关过程中的损耗则更为复杂，在开关开通和关断的瞬间，电压和电流会有重叠的时间段，这期间会产生较大的功率损耗，并且还会引起电磁干扰等问题。
为了降低这些损耗，提高电力电子装置的效率和性能，软开关技术应运而生。
软开关技术的核心思想是让开关在电压或电流为零的时候进行开通或关断，从而减少甚至消除开关过程中的损耗。
具体来说，软开关技术可以分为零电压开关（Zero Voltage Switching，ZVS）和零电流开关（Zero Current Switching，ZCS）两种类型。
零电压开关是指在开关开通前，其两端的电压已经降为零，这样在开通瞬间就不会有电压和电流的重叠，从而大大降低了开通损耗。
实现零电压开关的常见方法是在开关两端并联一个电容，利用电路中的电感和电容的谐振，使得开关两端的电压在开通前降为零。
零电流开关则是在开关关断前，通过电路的设计让流过开关的电流先降为零，从而避免了关断时电压和电流的重叠，降低了关断损耗。
通常通过在开关支路串联电感来实现零电流关断。
软开关技术的实现需要依靠合理的电路拓扑结构和控制策略。
常见的软开关电路有准谐振电路、零开关 PWM 电路和零转换 PWM 电路等。
准谐振电路是最早出现的软开关电路之一，它利用电感和电容的谐振来实现软开关，但存在着电压和电流应力大、工作频率不固定等缺点。
零开关 PWM 电路在准谐振电路的基础上进行了改进，通过引入辅助开关，实现了恒定频率的控制，同时降低了电压和电流应力。
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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。