开关电源中软开关技术应用探析
直流开关电源的软开关技术
ILmax
T’ T’off
Vo DD D1D Vin D
D2
2IoLf
Vo Vin
1
1 Vin
电感电流断续工作时，输出电压Vo、输入电压Vin、负载电流
Io和占空比D的关系。由此可知，电流断续时，即使输入电压
Vin不变时，为了保持输出电压Vo恒定，也应随负载电流的不
同来调节占空比D。
1. 直流变换器的分类
（1）根据输入与输出间是否有电气隔离
① 非隔离式直流变换器
•
单管直流变换器
降压式（Buck) 、升压式（Boost) 、升压式 / 降压式（Buck/ Boost ) 、Cuk 、Zeta 、
Sepic
在六种单管变换器中，降压式和升压式变换器是最基础的，另外四种是从中派生出来的。
D
工作模式：连续、临界、非连续
9
一、直流开关电源的基本电路拓扑
ILmax
Io
ILmin
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Io
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Io
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I min
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2
10
一、直流开关电源的基本电路拓扑
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消化原理、理解过程、掌握分析方法 • 教材：《直流开关电源的软开关技术》阮新波等主编
2
课时要求 • 本课总学时：32学时，每次3学时 • 成绩评定：试卷80分；平时成绩20分 • 平时成绩包括：讨论、出勤率等
3
讲课主要内容
• 1.直流开关电源的基本电路拓扑 • 2.谐振变换器 • 3.准谐振变换器 • 4.多谐振变换器 • 5. ZCS PWM变换器和ZVS PWM变换器 • 6.零电压转换（ZVT）PWM变换器 • 7.零电流转换（ZCT）PWM变换器 • 8.正激变换器的磁复位技术 • 9.移相控制ZCS ZVS PWM DC/DC全桥变换器 • 10.移相控制ZCS PWM DC/DC全桥变换器 • 11.现代软开关电源应用设计举例
软开关在开关电源中的应用研究
软开关在开关电源中的应用研究作者：宋臻达来源：《科技资讯》2016年第35期摘要：软开关技术是一种新型技术，在各类领域都有广泛的应用，并不断朝着小型化、轻量化的方向发展。
开关电源的发展不仅进一步减小系统的体积，增大了开关的性价比与功率密度，还提升了开关的瞬时相应速度，抑制来电源音频噪声，成为下一阶段的一个发展趋势，在各个领域中都有着广泛的应用。
该文主要针对软开关技术在开关电源中的应用进行分析。
关键词：软开关开关电源应用中图分类号：TN86 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2016）12（b）-0047-02当今，随着科技的不断发展、进步，开关电源也得到了不断的发展和创新。
在开关电源技术发展中，小型化、轻量化的装置已经得到了应用，这是发展的一个方向和潮流。
另外，开关电源也对效率和电磁兼容性有了更高要求。
推广软开关技术，可以有效解决开关噪声问题以及电路中的开关损耗问题，提高开关频率。
1 软开关技术概述软开关技术指的是在电压为零的时候，开关管导通，电流为零的时候，开关管关闭。
软开关技术对于创新开关功能非常有效，且更加具备节能和环保性，将“人”的因素融入其中。
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。
2 软开关电路分类2.1 准谐振开关电路这准谐振开关电路是指在零电压情况下导通，在零电流的情况下关闭。
这种电路简称为QRC。
这种电路的输出电压和频率成正比关系，而和占空比没有必然联系，因此，QRC也属于变频电源。
与PWM进行比较，该种电路在控制上更为复杂，然而耗损为零，效率非常高，在各个领域得到了应用。
2.2 ZVS—PWM开关电路这种电路有很多的优点。
第一，消耗的功率低，而且效率非常高；第二，工作频率非常高。
但是，当关断主开关的时候，其电压比输入电压多一倍，这种电压会对开关电路的运行产生不利影响。
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。
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。
软开关技术在开关电源中的应用
Ｉ ■
软 开 关技 术在 开 关 电源 中 的应 用
陶永强 丁
（ 天水 七 四九 电子 有 限公 司
旭
甘肃
王明强
天水 ７ ４ １ ０ ０ ０ ）
［ 摘 要］ 软 开关Ｐ ＷＭ技术 集谐 振 变换 器与 Ｐ ＷＭ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Ｐ ｗＭ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Ｐ ＷＭ
模 式和全 波模 式 。
２ ３ 零开 关Ｐ Ｗ Ｍ 变换器
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
零开 关Ｐ ｗＭ变换器 包括 零电ＮＰ － Ｖ ￣ 变换器 和零 电流Ｐ ｗＭ变 换器 ， 。 它们 特 点是变换 器工作在 脉冲调 宽的方 式下 ， 电路简单 ， 工作稳定 。 辅助 谐振 电路 只 是 在主开 关管开 关时工作 ， 实现开关 管的软开 关 ， 其它 时间停 止工作 。 它们 是在 准谐振软 开关 的基 础上 ， 加入 一个辅 助开关 管 ， 来控制谐 振元 件的谐振 过程 ， 实 现Ｐ ＷＭ控制 。 它只利用 谐振实 现换相 ， 换相 完毕后仍 采用Ｐ ＷＭ工 作方式 ， 从 而 既能克 服硬开 关Ｐ ｗＭ在开 关过程 中 的三 大缺 陷， 又能保 留硬开关Ｐ ｗＭ变换 器
置不 同的死 区时间 ， 巧妙 利用变压器 漏感和 开关管 的结 电容 及变压器 初次级 之
变换 器就 是软 开 关Ｐ Ｗ Ｍ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 ： Ｔ Ｐ ２ ７ １ 文 献标 识码 ： Ａ 文 章编号 ： １ ０ ０ ９ －９ １ ４ Ｘ（ ２ ０ １ ４ ） ２ １ — ０ ３ ８ ４ 一 Ｏ １
开关电源高频化和软开关技术剖析
开关电源高频化和软开关技术开关电源高频化和软开关技术近年来, 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, 必须实现直流开关电源的高频化。
直流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音频噪声, 从而已成为新的发展趋势。
然而功率变换器开关频率的进一步提高将受以下因素的限制: ①在通断瞬间切换过程中, 功率器件的开关应力。
②开关损耗。
③剧烈的d i/ d t 和d u/ d t 冲击及其产生的电磁干扰(EMI) 。
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。
为此先后有人提出了谐振变换器( resonantconverter) , 准谐振变换器(quasi resonant converter)和多谐振变换器(muti resonant converter) , 零开关PWM 变换器(zero switching PWM converter) , 零转换PWM变换器(zero transition PWM converter) 及无源无损缓冲电路(passive lossless snubber circuit) 等多种软开关技术。
谐振变换器谐振变换器实际上是直流开关电源负载谐振变换器, 在20世纪70 年代最早被提出来, 它通过在标准PWM变换器结构上简单地附加谐振网络的方法而得到。
软开关技术发展现状的研究
技术方案
3、零电压切换软开关技术：该技术通过在开关切换前将电压降至零，实现平 滑切换。其主要优点是可靠性高、电磁干扰小，但存在控制相对复杂、成本较高 等问题。
技术方案
4、零电流切换软开关技术：该技术通过在开关切换前将电流降至零，实现平 滑切换。其主要优点是可靠性高、电磁干扰小，但存在控制相对复杂、成本较高 等问题。
内容摘要
结论与展望：本次演示通过对软开关功率因数校正技术的研究，得出了其在 改善电力质量、提高功率因数和降低谐波污染方面的优势。实验结果表明，软开 关功率因数校正技术具有广泛的应用前景，尤其在新能源、智能电网等领域具有 重要意义。然而，该技术在实际应用中仍存在一定的挑战，如设备成本较高、占 地面积较大等问题。
开关电源技术的分类
开关电源技术的分类
开关电源技术按照不同的分类方式可以分为多种类型。根据工作原理，开关 电源可以分为硬开关和软开关两种。硬开关电源是通过开关器件的通断来实现电 源的开关，这种方式的优点是效率高、成本低，但缺点是开关器件的通断过程中 会产生很大的电流和电压冲击，容易导致电磁干扰和机械应力等问题。软开关电 源则是通过谐振、准谐振或直流叠加等技术实现开关器件的软开关，从而避免了 硬开关电源的这些问题。
背景
背景
软开关技术是一种在开关切换过程中，通过一定的控制策略，使开关器件的 电压和电流得到有效降低，从而实现平滑切换的技术。自20世纪90年代以来，随 着电力电子技术的快速发展，软开关技术得到了广泛和研究。然而，现有的软开 关技术方案在某些方面仍存在一定不足，如控制策略复杂、成本较高等，因此需 要进一步加以研究和完善。
内容摘要
智能软开关技术在配电系统中的应用场景非常广泛，主要体现在以下几个方 面。首先，在工业自动化领域，智能软开关技术可以应用于电力系统的运行监控、 电能质量管理和设备保护等方面，提高工业生产的稳定性和可靠性。其次，在建 筑智能化领域，智能软开关技术可以实现楼宇自动化控制、智能照明、能源管理 等功能，提高建筑的舒适性和节能性能。
软开关技术在电力电子变换电路的应用论文
软开关技术在电力电子变换电路的应用论文本文对传统的硬开关技术所存在的开关损耗及电力公害等不足进行了详细的分析，在此基础上提出了软开关的概念，阐述了软开关的工作原理，分析了软开关存在的不足。
一、硬开关及其所存在的问题在硬开关过程中，开关器件在较高电压下通过较大电流，会产生很大的开关损耗。
开关损耗随开关频率的提高成正比增加，不仅降低了变压器的效率，而且严重的发热温升可能使开关器件的寿命急剧缩短，此外还会产生严重的电磁干扰噪声，难与其他敏感电子设备电磁兼容。
二、软开关原理如果在电力电子变换电路中采取一些措施，如改变电路结构和控制策略，使开关器件在开通过程中其端电压为0，则可以大大缓解上述问题，这种开通方式称为零电压开通;同理，若使开关器件在关断过程之前其承载的电流已降为零，则这种关断方式称为零电流关断。
零电压开通、零电流关断是电力电子器件最理想的开关方式，其开关过程中无能量损耗，但如果开关器件在开通过程中其端电压很小，在关断过程中其电流也很小，则这种开关过程的功耗也很小，称之为软开关。
在电力电子变换电路中，利用LC谐振特性使变换器中开关器件的端电压uv或电流iv自然地谐振过零，在开关器件端电压uv降为零后(如图1a中t0时刻)，即其等效电阻Rv变为零后，施加驱动信号，开通电路。
这样在电流iv的建立过程中电流、电压因没有重叠时间而无开通损耗，即Pon=uv×iv=0，这种开通方式称为零电压开通，如图1a所示。
如果流经开关器件的电流因电路谐振电流自然地降为零(如图1a中t1时刻)，则在开关管电流下降时因开关管仍处于通态，Rv=0，其电压为零而无损耗关断，电流降到零后再撤除驱动信号。
由于电流早已为零也无开关损耗，这种关断方式称为零电流关断，如图1a所示。
零电压开通和零电流关断都无开关损耗，这当然是最理想的软开关过程。
但如果象图2b所示，施加驱动信号后，在Rv减小、电流上升的开通过程中，电压uv不大或迅速下降为零，这种开通过程开通损耗不大，称之为软开通。
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开关电源中软开关技术应用探析
摘要：未来技术的发展方向是软开关技术，其主要的发展态势是轻量化、小型化。
与此同时，对电磁兼容性与效率提出了较为严格的标准。
应用软开关技术，
其主要的价值是解决开关噪声与开关损耗的状况，以此提升开关的频率。
文章是
针对开关电源中软开关技术的应用，展开的深入全面的探究，并且提出相关建议，供相关人员参考。
关键词：开关电源；软开关；技术应用；探析
在应用与设计开关电源的过程中，需要全面系统的应用软开关技术，实施技
术攻关，全面设计与规划出使用时间较长、效率高、用途广泛的全新环保性能的
开关电源。
促使开关电源中的软开关技术，得到有效应用。
一、概述软开关技术
软开关技术具体是指，电压是零时开关管导通，电流是零时开关管关断。
一
般状况下，将开关元件当中的电压波形的正弦波的叫做电压谐振开关电路。
其主
要的工作方式是零电压开关ZVS，并且将流过开关的电流波形式正弦波形的叫做
电流谐振开关电路，主要的工作方式是零电流开关。
二、软开关存在的主要弊端与不足
（一）逆变器中软开关的应用
逆变器是直流-交流转换电路。
在非接触式能量转换、高频加热及金属熔的解
炉的转化过程中，具体是应用电流或者高频交流电压。
为减少损失与消耗、抑制
浪涌，逆变器都会应用软开关技术。
在使用燃料电池、太阳能电池等质量过关电
源的直流输电体系中，通常是高频逆变器对直流电压实施PWM控制，然后借助
低通滤波器获取正弦电压，所以在逆变器当中可使用软开关。
在电动机控制之中，应用传感器方式的过程中，使用传感器检查转角和电流等微变量，迅速算出转矩
等诸多参数，正交控制好电流和磁通。
所以，在电动机的驱动过程，也要使用软
开关技术。
（二）磁性元器件的多功能化
第一，转换电流当中一般应用变压器，科学应用变压器的遗漏或者励磁电感
当成软开关的L与C，由此，变压器具备诸多功能；第二，在应用磁性元件的过
程中，为缩小体积，最为主要的是需要除掉直流偏磁，应用有源钳位电炉，能够
由谐振电容促使变压器磁复位，所以，针对软开关实用性能，最为重要的是磁性
元器件之间的配合；第三，介于软开关的L要经过高频电流，并且大振幅的工作，所以，存在高频损耗的状况，出现发热现象，为除去铁损耗而应用空心线圈电感
导致线圈变大；介于邻近效应、集肤效应的价值，扩大了阻性损耗。
三、探究软开关电路的具体类型
（一）准谐振开关电路
电子开关具备零电流关断、零电压导通的因素，这样的变换电路的名称是准
谐振变换电炉。
QRC软开关的输出电压受频率的直接影响，频率越低，输出电压
越小，但是和占空比没有关联，由此可见，QRC是变频电源中的一种，其和脉宽
调制的变换电路相对比，控制具备繁琐性，这便是准谐振变换电路的重大价值。
（二）ZVS-PWM开关电路
ZVS-PWM开关电路和ZCS-PWM开关电路是相同的，其主要的优点是，工作
频率高、功率损耗少等，但是主开关漏源极电压在关断的过程中，大约是输入电
压的两倍，这样电压应力对ZVS-PWM开关电路有一定的弊端，因此，在ZVS-
PWM开关电路上，要选取具有耐压性能的开关功率管。
（三）不对称半桥型电路
此电路主电路构造和一般半桥电路是一致的，区别在于，一次侧开关管的控
制方法，规避了一般半桥在两开关管均位于关断状况时，变压器漏感所导致的电
压振荡状况，和移相全桥电路相比较，有高电压输入时，环流电流不会有损耗的
状况出现。
与此同时，不对称半桥电路的电路较为单一，需要的器件非常少，能
够更多的应用在小功率电源当中。
（四）ZVT-PWM转换电路
ZVT-PWM转换电路和ZCS-PWM开关电路的运行方式、工作理念存在相同之处，存在的差距是谐振网络和主开关并联，但是ZCS-PWM开关电路是谐振电容
与主开关的并联。
ZVT-PWM或者ZCT-PWM转换电路能够促使主开关管在导通与
关闭的过程中，电路运行的电压应力较小，可以负担输入与负载电压在非常规模
内出现的改变。
与此同时，工作电流与损耗都非常少，不会对电路的工作效率造
成一定的影响。
这种类型的开关电路时长被用在功率因数校正装置中。
（五）软开关PWM三电平直流转换电路
在DC-DC转换电路的输入电压升高的过程中，主电路所应用的器件耐压也要
提升，但是高耐压的开关器件的特征不符合标准，譬如：高耐压的IGBT开关特性非常差，高耐压的MOSFET的导通电阻明显提升。
软开关三电转换电路，促使开
关管的电压应力降低到输入电压的二分之一。
三电平直流转换电路按照拓扑构造上，能够分成全桥拓扑、半桥拓扑，两者之间的工作理念是存在相同之处的，譬如：在软开关方法上和移相全桥拓扑是存在相同之处的。
结语：
综上所述，文章是针对开关电源中软开关技术应用，展开的具体全面的探究，并且简单介绍了软开关技术的含义、软开关存在的弊端与不足及软开关电路的具
体种类，譬如：软开关PWM三电平直流转换电路、准谐振开关电路、不对称半
桥型电路、ZVS-PWM开关电路及ZVT-PWM转换电路，并且提出了针对性的建议，其主要的目的是为相关工作人员提供参考意见，并且能够研制出用途广泛的新型
环保节能开关电源，奠定强有力的根基。
参考文献：
[1]张志龙.软开关技术在数字化弧焊逆变电源中的应用研究[D].哈尔滨工程大学，2011.
[2]曹毅.软开关技术在开关电源中的应用及谐波分析研究[D].河南科技大学，2013.
[3]李书杰.软开关技术在大功率开关电源中的应用研究[D].武汉工程大学，2015.。