开关电源中软开关技术的应用分析
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。
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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
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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。
软开关技术对通信电源的影响
软开关技术对通信电源的影响当今时代的发展，软开关技术作为一种新型技术的发展和运用使得越来越多的生产厂商受益，这是在信息化时代下，利用科技技术的研发和尝试。
软开关先进技术的使用更是在通信电源的应用中更具有实际的现实意义，其更为安全、操作更为科学化，在通信电源中的应用是如虎添翼。
1通信电源目前存在的弊端通信电源一般会出现问题较多的是整流模块退出、模块不均流、电池久压不保护、空开跳开、防雷器故障、保险管断开等。
而出现直流断电器故障，是由于我们采用的是直流断器，触点使用的是常闭触点，如若对断路器发出断开指令无反应时，易出现直流配电单元故障。
而在另一方面交流配电单元也易出现明显的故障，交流变送器出现了异常，无法正常地运转。
通信电源系统在通信系统所具有的地位不可替代，一旦通信电源系统故障引起对通信设备的供电中断，通信设备就会完全失灵，无法正常工作运转，造成通信电路中断、通信系统瘫痪，从而造成重大的经济损失和社会负面效益。
其中，目前通信电源系统常见的问题和弊端有以下几种：（1）交流配电单元的问题中的防雷器单元，在易发生的故障当中，防雷器易损坏。
（2）交流输入缺相，造成的因素很多，往往无法正确及时分析得出解决方案，其中涉及的是交流变送器的故障。
（3）交流接触器不吸合，造成的因素是交流输入的A相缺相，交流接触器线圈供电保险丝烧坏，交流接触器控制板出现故障。
（4）直流断路器的故障问题，直流电流显示不正确，其电流传感器斜率选择不正确，非常大的电流值显示不正确。
2软开关技术原理及其优越性2、1软开关技术原理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。
软开关其工作原理是，软开关电路中S关断后Lr与Cr间发生谐振，电路中电压和电流的波形类似于正弦半波。
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。
现代电力电子技术中的软开关技术
现代电力电子技术中的软开关技术摘要：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一、引言电力电子技术利用无源功率器件和半导体功率器件、大规模集成电路和微处理器、传感与信息处理技术、现代控制理论、计算机仿真与辅助设计技术，以功率变化电路为对象，研究对电能进行变换和控制的规律，以其独特的、不可取代的特殊功能，广泛应用于国民经济的各个领域。
开关电源的高频化是实现电源装置的高性能、高效率、高可靠性，减小体积和重量的重要途径。
开关电源的高频化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。
软开关（softswitching）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（emi），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零电压条件下接通或切断，因此理论上它的开关损耗为零，避免了硬开关由于电压电流波形交叠而产生开通及关断损耗。
软开关包括软关断和软开通。
按驱动信号的时序来分又可以分为零电压开通、零电压关断与零电流开通、零电流关断。
各种软开关与硬开关的波形比较如下：图1 软开关和硬开关的波形比较图中零电流关断信号在t2或t2以后发出，零电压关断信号在t1发出。
零电流开通信号在t2或t2以后发出，零电压开通信号在t1发出。
谐振软开关电路中的零电流和零电压条件是由辅助的谐振电路提供的，辅助电路一般由辅助谐振元件l和c和电力电子开关器件s构成。
辅助谐振电路中的开关器件s也是在零电流或零电压条件下实现通断。
软开关技术讲解
软开关技术综述摘要软开关技术是利用在零电压、零电流条件下控制开关器件的导通和关断，有效地降低了电路的开关损耗和开关噪声因而在电力电子装置中得到广泛应用。
本文在讲述软开关技术的原理及分类的基础上，主要回顾了软开关技术的由来和发展历程，以及发展现状和未来的发展趋势。
关键词：软开关技术原理发展历程发展趋势一．引言：根据开关元件的工作状态，可以把开关分成硬开关和软开关两类。
硬开关是指开关元件在导通和关断过程中，流过器件的电流和元件两端的电压在同时变化；软开关是指开关元件在导通和关断过程中，电压或电流之一先保持为零，一个量变化到正常值后，另一个量才开始变化直至导通或关断过程结束。
由于硬开关过程中会产生较大的开关损耗和开关噪声。
开关损耗随着开关频率的提高而增加，使电路效率下降，阻碍了开关频率的提高；开关噪声给电路带来了严重的电磁干扰问题，影响周边电子设备的正常工作。
为了降低开关的损耗和提高开关频率，软开关的应用越来越多。
电力电子装置中磁性元件的体积和重量占很大比例，从电机学相关知识知道，使变压器、电力电子装置小型化、轻量化的途径是电路的高频化。
但是, 传统的开关器件工作在硬开关状态，在提高开关频率的同时，开关损耗和电磁干扰也随之增加。
所以，简单地提高开关频率显然是不行的。
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。
当开关频率增大到兆赫兹级范围, 被抑制的或低频时可忽视的开关应力和噪声, 将变得难以接受。
谐振变换器虽能为开关提供零电压开关和零电流开关状态, 但工作中会产生较大的循环能量, 使导电损耗增大。
为了在不增大循环能量的同时, 建立开关的软开关条件, 发展了许多软开关PWM技术。
开关电源 软开关技术
06
详细描述
软开关技术能够降低开关电源内部的热损耗， 减少器件的温升，从而延长开关电源的使用寿 命。
软开关技术在DC/DC转换中的应用
总结词
高效率、高功率密度
详细描述
软开关技术在DC/DC转换中 能够实现高效率、高功率密 度的输出，尤其在高压、大 电流的电源应用中具有显著
优势。
总结词
降低噪声、减小振动
未来软开关技术将进一步向集成化和智能化方向发展，实现更小体积、
更高可靠性和智能化的电源设计。
03
多功能化和定制化趋势
随着电子设备功能的多样化，对电源的需求也越来越多样化，软开关技
术将进一步实现多功能化和定制化设计，以满足不同领域和不同应用场
景的需求。
05
结论
总结软开关技术在开关电源中的重要地位
软开关技术能够降低开关损耗，提高电源效率，减小散热需求，从而减小电源体积 和重量，提高电源的可靠性和稳定性。
工作原理
开关电源通过将输入直流电压转换为 高频交流电压，再通过整流和滤波电 路，将高频交流电压转换为直流输出 电压。
开关电源的分类与特点
分类
根据工作频率、电路结构、控制 方式等不同，开关电源可分为多 种类型，如恒压式、恒流式、脉 冲宽度调制式等。
特点
开关电源具有效率高、体积小、 重量轻、动态响应快等优点，广 泛应用于电子设备、通信设备、 电力设备等领域。
03
软开关技术在开关电源 中的应用
软开关技术在AC/DC转换中的应用
总结词
提高效率、降低损耗
01
02
详细描述
软开关技术在AC/DC转换中应用广泛，通过 降低开关损耗、提高转换效率，有效解决了 传统硬开关模式下的能效问题。
基于移相全桥软开关技术的应用
基于移相全桥软开关技术的应用引言随着科技的发展，电力电子设备不断更新，电源称为了现代工业、国防和科学研究中不可缺少的电气设备。
为了触发、驱动开关变换器的功率开关管，研制适应越来越高性能要求的开关电源，近年来出现了PWM（脉宽调制）型变换器。
PWM技术应用广泛，构成的变换器结构简单，它对常用的线性调节电源提出挑战，在减小体积的同时获取更大的功率密度和更高的系统效率[1,2]。
为了拓展开关电源的应用场合，电源工作频率逐渐提高，高频化成为其重要发展方向，同时也是减小开关电源尺寸的最有效手段。
然而高频PWM变换器在传统硬开关方式工作下，功率管损耗较为严重，系统效率不高，随着开关频率的逐步提高，损耗相继增大[3,4]。
为此，必须采取措施以提高高频开关变换器的效率，人们研究了软开关技术，除了减小开关损耗外，软开关技术应用还大大降低了开关噪声、减小了电磁干扰。
软开关技术概况及发展目前广泛应用的DC-DC PWM功率变换技术是一种硬开关技术。
所谓“硬开关”是指功率开关管的开通或者关断是在器件上的电压或者电流不等于零的状态下进行的，即强迫器件在其电压不为零时开通，或电流不为零时关断。
调高开关频率是开关变换技术的重要的发展方向之一。
其原因是高频化可以使开关变换器的体积、重量大为减小，从而提高变换器的功率密度。
为了使开关电源能够在高频下高效率的运行，高频软开关技术不断的发展，所谓“软开关”指的零电压开关（Zero Voltage Switching, ZVS）或零电流开关（Zero Current Switching, ZCS）[5]。
它是应用谐振原理，使开关变换器的开关器件中电流（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；或者电压为零时，使器件开通，实现开关损耗为零。
再加入一些说明移相全桥DC-DC技术传统的全桥（full-bridge简称FB）PWM变换器适用于输出低电压、大功率的情况，以及电源电压和负载变流变换大的场合。
浅谈软开关技术及其应用
浅谈软开关技术及其应用于玲【摘要】软开关技术在零电压、零电流条件下开通或关断,开关损耗较小,所以不仅使电力电子装置小型化、轻型化,而且提高了动态响应性能.与此同时,它还较好地消除了相应的开关噪声.【期刊名称】《山东纺织经济》【年(卷),期】2010(000)007【总页数】2页(P100-101)【关键词】软开关;谐振;脉宽调制【作者】于玲【作者单位】潍坊学院,山东潍坊,261061【正文语种】中文【中图分类】TP171 引言开关电源就是采用功率半导体器件作为开关元件，通过周期性通断开关，控制开关元件的占空比来调整输出电压。
开关电源由输入电路、变换电路、输出电路和控制电路等组成。
功率变换是其核心部分，主要由开关电路和变压器组成。
为了满足高功率密度的要求，变换器需要工作在高频状态，最典型的功率开关晶体管有功率晶体管(CTR)、功率场效应管（MOSFET）和绝缘型双极型晶体管（IGBT）等3种。
控制方式分为脉宽调制、脉频调制、脉宽和频率混合调制等3种，其中最常用的是脉宽调制（PWM）方式。
现代电力电子装置发展的趋势是小型化、轻量化，同时对装置的效率和电磁兼容性也提出了较高的要求。
通常滤波电感、电容和变压器在装置的体积和重量上占很大比例。
因此要设法降低他们的体积和重量。
而提高工作频率可以减少变压器各绕组的匝数，并减少铁芯的尺寸。
然而在高频化的同时，开关损耗会随之增加，电磁干扰也会随之增大。
针对上述问题，出现了软开关技术，它利用以谐振为主的辅助换流技术，较好地解决了开关损耗和开关噪声的问题，继而允许开关频率大幅提高。
2 软开关的范畴开关状态的转换并不是在瞬间完成的，它是一个开关过程。
在很多电路中，开关元件在电压很大或电流很大的条件下，在门极的控制下开通或关断。
开关过程中电压和电流并不为零，并出现了重叠，产生了一定的功率损耗即开关损耗。
而且电压和电流的变化很快，其波形出现了明显的过冲，就导致了开关噪声的产生。
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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。
软开关技术在开关过程中，理想状态下，软开关过程是电流或电压先降低零，电压或电流再缓慢上升到断态值，所以，开关损耗近似为零。
二、软开关电路的分类
1、准谐振开关电路
准谐振开关电路在各个领域已经有了广泛的应用，这种电路在没有电压的情况下可以正常的使用，在没有电流的情况下就会关闭，可以避免开关受到强电流的刺激。
准谐振开关电路是一种变频电源，其中的输出的电压和频率成正比。
这种电路情况比较复杂，但是它的效率高，损耗小，是一种比较受欢迎的开关电路。
2、ZVS-PWM开关电路
这种电路也是现阶段经常使用的一种电路，它有诸多的优点，首先ZVS--PWM开关电路的消耗功率比较低，但是效率很高，因此它是一个性价比较高的产品。
其次ZVS--PWM开关电路的工作频率也比较高，可以承担长时间的作业。
但是这种电路也有一定的弊端，就是在断开开关的时候，里面的电压会瞬间升高，比输入电压高一倍多，会对电路的运行产生不利的影响。
3、ZCT-PWM转换电路
ZCT-PWM转换电路是ZVS-PWM开关电路的延伸，它对ZVS-PWM开关电路的缺点做出了处理，让原先的电路模式转变为零电流转换电路，就避免了开关断开时，电压激增的问题，让电路变得更安全，更有利于使用。
三、开关电源中软开关技术的应用分析
1、磁性元器件多功能化
首先，在软开关工作的时候，产生高频损耗及大量热能的现象经常发生，这是由于在软开关工作的过程中，会有高频的电流流过，产生较大的振幅，从而导致损耗和热能的发生。
为了有效的避免这一情况，可以采用空心线圈电感，这样在增大线圈的同时也可以降低损耗。
其次，在软开关的使用过程中，一般用变压器代替转换电路，这样可以显著的提升变压器的功效。
最后，体积小，质量轻是开关电源发展的趋势，为了有效的减小体积，可以去除里面的直流偏磁，为了保证软开关电源的使用效果不受影响，要加入磁性元件，让各个元件之间相互配合完成工作。
2、逆变器中软开关的应用
逆变器是直流电与交流电的转换电路，在生活中有很广泛的应用，但是逆变器的损耗较大，还会出现浪涌，对于元件会产生一定的损伤，软开关的应用可以很好的解决这一问题，让逆变器在更安全的环境中工作。
太阳能电池、燃料电池等是我们在生活中经常用到的产品，它们产生的直流电压也受到高频逆变器的控制从而产生正弦电压，在逆变器中采用软开关技术，可以更好的进行这一操作。
软开关技术也可以应用到电动机的驱动中，在电动机的运行过程中，一般运用传感器进行各种参数的读取，各项电流的检测，将软开关技术应用到电动机的驱动中，可以更好的促进电动机的发展。
3、谐振变换器的应用
谐振变换器已经有多年的发展历史，从上世纪 70年代被研发出来以后，谐振变换器一直被广泛的应用于各个领域。
谐振变化器是指负载着谐振的变换器，它是根据PWM变换器的工作原理发展起来的，可以分为并联谐振变换器和串联谐振变换器两种。
工作的原理是利用负载谐振对开关中的电流进行处理，达到软开关的要求。
这种变化器受负载的影响很大，因此要对负载进行合适的选取。
综上所述，软开关技术在各个领域中已经有了广泛的应用，并且取得了较高的效果，在今后对电源开关进行设计时，可以充分的考虑软开关技术。
但是软开关毕竟还是一种新型的电源开关，还存在着一些问题，我们要加大软开关技术的研究，充分挖掘软开关技术的优良性能，让其更好的为我们服务。
参考文献：
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