电力电子高频软开关技术特点及其应用分析

电力电子高频软开关技术特点及其应用分析

发表时间：2017-05-17T10:42:48.230Z 来源：《电力设备》2017年第4期作者：刘云太[导读] 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。

（武汉理工大学自动化学院湖北省武汉市 430070）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。