各类软开关电路
单片机软开关电路
单片机软开关电路随着科技的发展，单片机在各个领域得到了广泛的应用。
在许多电子设备中，我们经常会使用到软开关电路，它能够通过单片机的控制来实现对电路的开关操作。
本文将介绍单片机软开关电路的原理和应用。
一、软开关电路的原理软开关电路是通过单片机来控制电路的开关状态，其原理主要涉及到单片机的输入输出端口、触发器和继电器等元件。
软开关电路的主要组成部分有以下几个方面：1. 输入输出端口：单片机的输入输出端口是软开关电路的重要连接点。
软开关电路通过读取输入端口的信号来判断是否需要进行开关操作，并通过输出端口来控制继电器的通断。
2. 触发器：软开关电路中的触发器用于存储开关状态的信息。
当单片机检测到需要进行开关操作时，会改变触发器的状态，进而控制电路的开关状态。
3. 继电器：继电器是软开关电路中的重要组成部分，它能够实现较大电流的开关操作。
当单片机通过输出端口控制继电器的通断时，继电器就能够将电路的开关状态改变。
二、软开关电路的应用软开关电路在实际应用中有着广泛的应用场景和用途。
1. 家用电器控制：软开关电路可以用于家用电器的控制，例如电视、空调、照明等。
通过单片机的控制，可以实现对家用电器的自动开关操作，提高了生活的便利性和舒适度。
2. 工业自动化：在工业领域，软开关电路可以应用于自动化生产线和设备控制。
通过单片机的精确控制，可以实现对各种设备的开关操作，提高了生产效率和质量。
3. 安防系统：软开关电路在安防系统中也有着重要的应用。
通过单片机的控制，可以实现对门禁系统、监控系统等设备的开关操作，从而提高了安防系统的安全性和可靠性。
4. 智能家居：软开关电路是实现智能家居的关键技术之一。
通过单片机的控制，可以实现对智能家居设备的开关操作，例如智能灯光、智能窗帘等，提高了家居的智能化程度。
三、软开关电路的优势相比传统的物理开关电路，软开关电路具有以下几个优势：1. 灵活性强：软开关电路可以通过单片机的编程来实现各种不同的开关操作，具有较高的灵活性。
第八章 软开关电路
图8.7 ZVS准谐振开关变换电路及其波形 准谐振开关变换电路及其波形
3. 零转换 零转换PWM电路 电路
同样采用辅助开关控制谐振时刻，但谐振电路与主开关并联， 同样采用辅助开关控制谐振时刻，但谐振电路与主开关并联， 故输入电压和负载电流对谐振影响小，电路效率提高。 故输入电压和负载电流对谐振影响小，电路效率提高。
(a)零电压转换 零电压转换PWM电路 (b)零电流转换 电路 零电流转换PWM电路 电路 零电压转换 零电流转换 零转换PWM电路的基本单元 图8.6 零转换 电路的基本单元
2. 零开关 零开关PWM电路 电路
引入辅助开关控制谐振时刻，使谐振仅发生在开关过程前后。 引入辅助开关控制谐振时刻，使谐振仅发生在开关过程前后。电 路电压和电流为方波，开关耐压较低。 路电压和电流为方波，开关耐压较低。
(a)零电压开关 零电压开关PWM电路 (b)零电流开关 零电流开关PWM电路 零电压开关 电路 零电流开关 电路 零开关PWM电路的基本单元 图8.5 零开关 电路的基本单元
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Байду номын сангаас
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a）软开关的开通过程 ）
b）软开关的关断过程 ）
软开关的开关过程
4
8.1.1 硬开关的局限性
1. 热学限制 在容性开通和感性关断情况下， 在容性开通和感性关断情况下，电力电子器件将承受很 大的动态功耗。一般地， 大的动态功耗。一般地，一个开关周期内器件的平均开关损 耗将占到总平均损耗的 30%～40%，同时这种损耗随开关 ～ ， 频率的提高而增大。过大的开关损耗将使得器件结温上升， 频率的提高而增大。过大的开关损耗将使得器件结温上升， 结温的升高制约了开关频率的提高。 结温的升高制约了开关频率的提高。
简述软开关电路的分类及特点
图 ２ ４ 零转换 Ｐ Ｍ电路 的基 本 开关单 元 — Ｗ
高 。
参考 文献 ［ ］ 丁道宏， 电力电子技术》北京． １ 《 ． 航空工业出版社， ９ ２ １９ ．
ｃ ）
Ｃ 零 卜２ 准谐 振 电路的基 本开关 单元
特点： １ 、谐振 电压 峰 值很 高， 要求 器件 耐 压必 须提 高 ：
Ｃｌ ｒ
２ 、谐 振 电流 有效值 很 大， 电路 中存 在大 量无 功功率 的交 换， 电路 导通损 耗加 大 ：
３ 、谐振 周期 随输 入 电压 、负载 变化 而 改变，因此 电路只 能采用 脉冲 频
率 调制 （ｕ ｒ ｑ ｅ ｃ ｏ ｕａ ｉ ｎ ＰＭ 方 式来控 制 。 Ｐ ｌｅＦ ｅ ｕｎ ｙ Ｍ ｄ ｌｔ ｏ — Ｆ ） ｓ ２２ 零开 关 Ｐ Ｍ电路 Ｗ 这类 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 。 这两 种 电路 的基本 开关 单元 如下 图 ２ ３所示 。 — 特点 ： １ 电压 和 电流基本 上 是方波 ， 、 只是上 升沿 和下 降沿较 缓， 开关承 受的 电 压 明显 降低 ： ２ 电路 可 以采 用 开关 频 率 固定 的 Ｐ Ｍ控 制方 式 。 、 Ｗ ２３ 零转换 Ｐ Ｍ电路 Ｗ 这类软开 关 电路还 是采用辅助 开关控制谐 振的 开始 时刻， 所不 同的是谐振 电路是 与主开 关 并联 的， 因此输入 电压 和负 载 电流对 电路 的谐振 过程 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 。 而且 电路中无 功功 率 的交换被 消 减到最 小， 这使 得 电路 效 率有 了进一 步的提 高 。 这两种 电路 的基本 开关单 元如 下 图 ２ ４ 示 所 特点： ｌ 电路 在很 宽 的输入 电压范 围 内和从 零负 载到满 载都 能工 作在 软开关 、 状态 。 ２ 、电路 中无 功功 率的 交换被 削减到 最小， 使得 电路效率 有 了进 一步提 这
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。
软开关电路
1，饱和电感ZVS硬开关状态下由于功率管开关时产生的过冲很大，使得功率管的电压应力过大，就目前而言，解决这问题的基本方法就是实现零电压（零电流）时功率管开通或者关断，及软开关技术。
实现零电压（零电流）的基本思路就是利用电感和电容谐振，使开关器件中的电压（电流）按正弦或者准正弦规律变化。
这种拓扑适合母线电压在150V以上的直流输入，或者同等整流电压情况下的交流输入。
主体结构较简单，安装，连接方便，特别适合运用在高频变换中，能缩小变压器体积，器件选用IGBT，可将工作频率设计在15～18KHz。
主要缺点：占空比丢失，电感发热，副边电压应力大，轻载下，或低电压输出情况不理想。
各点的波形图:2，辅助支路ZVS在移相式软开关基础上发展出来的。
其根本点就是引入了交流负载（辅助绕组），让饱和电感在全范围内有效。
初级饱和电感的作用就是设计的最小工作电流时，能让其饱和。
而需要界定为截至时，电感退出饱和，呈大电感状态，把初级电流极大的限制住，这时开关管转换，理解为零电流开关。
次级加装辅助电感并带一个固定电感，一是作为变压器的一个固定感性负载，也就是让初级始终有一点电流维持，利于饱和电感的设计计算；二是把变压器初级的电感变量保持在一个范围内。
常规模式下，变压器无负载时初级电感很大，而加上负载时电感即是我们说的漏感，非常小。
初级感量变化小，才能体现饱和电感的突变。
这种托扑结构能实现全范围的软开关，主要缺点:增加了变压器辅助绕组，设计和绕制较难，前期需进行技术以及工艺的摸底。
内部损耗会增加，整体转换效率较前者低。
3，脉冲变压器驱动利用脉冲变压器同名端和异名端产生的脉冲波差别，使一个管开通时，另一个可靠关断。
4，IR2110门极关断钳位电路当Q1门极为高电平时，Q1导通，Q2关断，Q3的导通不受影响；当Q1门极为低电平时，Q1关断，Q2导通，从而将Q3门极电压钳位在0V，可基本消除门极电压尖刺问题。
5，高频链基于以上技术，都可在高频链拓扑结构中运用。
典型的软开关电路的原理及特点
典型的软开关电路的原理及特点嘿，大家好，今天咱们来聊聊一个挺有意思的话题——软开关电路，听起来有点高深对吧？别急，咱们慢慢捋，保证你听完之后，感觉这个话题并不那么神秘。
软开关电路呢，说白了，就是一种在开关电源中应用的技术，它解决了很多开关电路在工作时遇到的麻烦。
别急，我知道你可能听不懂，那就跟我一起去了解一下吧。
你想啊，咱们平时用的那些电器，像电视、空调、冰箱啥的，电流来来回回的切换，控制它们的开关电路就成了核心部分。
传统的开关电路，咱们可以理解为就像开关门一样，电流就像人，开关门的速度越快，电流越急，碰撞的时候，容易产生一些不太友好的现象——比如电流的尖峰，像是电压突然飙升，搞得电器内部的元件都可能受损。
你就想象一下，自己每天要推开一扇门，门一开一关，每次都砰的一声，门框都快散架了，这样下去不行吧？而软开关电路，就好比门是用缓冲的方式开的，慢慢来，不会猛得砰一下，大家都能舒服一点。
软开关电路的核心就是“软”，它通过一些巧妙的技术手段，让开关的动作变得温和，避免了突然的冲击。
简单来说，软开关就像是给传统的开关电路穿上了一个软壳，让它不再急冲冲地工作，而是平稳地完成开关过程。
这样做的好处可大了！最明显的一个就是能大大减少损耗。
你想，电流在不停地跳动，不管多小的波动，都会浪费一些能量。
而软开关电路采用了零电压开关（ZVS）和零电流开关（ZCS）等技术，使得开关时电压或者电流的变化非常平缓，几乎没有浪费，效率大大提高。
说到这里，你可能会想，这么复杂的东西，能用在哪儿呢？软开关电路在很多高效电源的应用中都能见到它的身影，像在一些功率大的电源设备里，它可不是个小角色。
比如，光伏发电、交流电变直流电的电源系统，甚至是电动汽车的充电器里，都能看到软开关的身影。
因为在这些设备里，开关频率高，电流大，软开关的优势就更明显。
它不仅能提高电源的工作效率，还能减少热量的产生，电路的稳定性也更高，简直是“全能选手”。
你说，软开关电路有这么多好处，肯定也得付出一些代价吧。
电源AC、DC告警和软开关机标准电路
电源AC、DC告警和软开关机标准电路公司所使用的电源模块由深圳的核达和西安的盛海两个厂家提供，经对两个厂家的AC/OK和DC/OK告警电路比较，发现两个产家的电路原理是相同的，现以深圳核达的告警电路为例,把AC/OK和DC/OK 告警电路原理作简单介绍。
1.AC/OK告警电路（原理图见图1）：图11.1电路的工作原理：图中CTRL是电源的控制电路输出的一个控制信号，输出信号AC/OK送至我们机器的监控底板，把监控底板的阻抗等效为600Ω。
当有交流输入时，CTRL为+12V，晶体管V1导通，AC/OK输出低电平（V ce≈0.3V）,电路正常；当无交流输入时，CTRL为0 V，晶体管V1截止，AC/OK输出高电平（R3和RL分压，V RL≈3.22V），电路告警。
2.DC/OK告警电路（原理图见图2）：图22.1电路的工作原理：从图中看到，当有+27V输入时，+27V经R1、R2分压送至电压比较器负极与正极的基准电压比较，输出一个低电平信号，二极管D1和晶体管V1截止，晶体管V2导通，DC/OK输出低电平（V ce≈0.3V），电路正常；当无+27V输入时，比较器输出一个高电平信号，二极管D1和晶体管V1导通，晶体管V2截止，DC/OK输出高电平（R7和RL 分压，V RL≈3.22V，TTL电平），电路告警。
其它路信号（包括+9V、+12V）同样经过比较器比较输出一个控制信号控制V1的导通和截止，产生告警信号。
这里，+27V、+9V、+12V比较出来的控制信号经过一个二极管连接一起，不管哪一路电压没有，V1都会导通，V2截止，从而产生告警信号。
3.电源软开关控制电路（原理图见图3）：3.1电路的工作原理：图3+9V和+12V的软开关控制电路是相同的，下面把电路作简单介绍：+9V或+12V是由控制单元输出一个脉冲电压控制变压器初级的一个场效应管，场效应管导通时，在次级产生的电压。
当控制单元开关控制端（ON/OFF）小于3V时，控制单元不产生脉冲电压，场效应管截止，次级没有+9V或+12V电压输出。
四种软开关BOOST电路的分析与仿真(图清晰)
四种常用BOOST带软开关电路的分析与仿真 （图清晰）软开关的实质是什么？所谓软开关，就是利用电感电流不能突变这个特性，用电感来限制开关管开通过程的电流上升速率，实现零电流开通。
利用电容电压不能突变的特性，用电容来限制开关管关断过程的电压上升速率，实现零电压关断。
并且利用LC谐振回路的电流与电压存在相位差的特性，用电感电流给MOS结电容放电，从而实现零电压开通。
或是在管子关断之前，电流就已经过零，从而实现零电流关断。
软开关的拓扑结构非常多，每种基本的拓扑结构上都可以演变出多种的软开关拓扑。
我们在这里，仅对比较常用的，适用于APFC电路的BOOST结构的软开关作一个简单介绍并作仿真。
我们先看看基本的BOOST电路存在的问题，下图是最典型的BOOST电路：假设电感电流处于连续模式，驱动信号占空比为D。
那么根据稳态时，磁芯的正向励磁伏秒积和反向励磁伏秒积相同这个关系，可以得到下式：VIN×D=(VOUT-VIN)(1-D)，那么可以知道：VOUT=VIN/(1-D)那么对于BOOST电路来说，最大的特点就是输出电压比输入电压高，这也就是这个拓扑叫做BOOST电路的原因。
另外，BOOST电路也有另外一个名称：upconverter，此乃题外话，暂且按下不表。
对于传统的BOOST电路，这个电路存在的问题在哪里呢？我们知道，电力电子的功率器件，并不是理想的器件。
在基本的BOOST电路中：1、当MOS管开通时，由于MOS管存在结电容，那么开通的时候，结电容COSS储存的能量几乎完全以热的方式消耗在MOS的导通过程。
其损耗功率为COSSV2fS/2，fS是开关频率。
V为结电容上的电压，在此处V=VOUT。
（注意：结电容与静电容有些不一样，是和MOS 上承受的电压相关的。
）2、当MOS管开通时，升压二极管在由正向导通向反偏截止的过程中，存在一个反向恢复过程，在这个过程中，会有很大的电流尖峰流过二极管与MOS管，从而导致功率损耗。
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各类软开关电路
【日期】 2012年2月4日【浏览】 [379]
本文主要从整体上了解DC/DC变换器中软开关电路的分类。
熟悉各类软开关电路的基本结构、优缺点及它们之间的联系。
负载谐振变换器LRC（Load Resonant Converter）
负载谐振型变换器是发展得最早的谐振变换器。
按负载与谐振电路的连接关系，可分为两类：一类是负载与谐振回路相串联,称为串联负载谐振变换器(SLR);另一类是负载与谐振回路相并联,称为并联负载谐振变换器(SLR)。
在谐振变换器中,谐振元件一直谐振工作，参与能量变换的全过程。
其缺点是：变换器输出性能与负载关系很大，对负载的变化很敏感，电压调节一般采用频率调制（PFM）方法。
准谐振变换器QRC（Quasi-Resonant Converter）
这类变换器是一最经典的软开关变换器。
其特点是：谐振元件参与能量变换的某一个过程（或是主开关开通时段，或是主开关关断时段）,不是全程参与。
准谐振变换器分为零电压开关准谐振变换器（ZVS-QRC）和零电流开关准谐振变换器（ZCS-QRC）。
根据谐振电压（电流）的波形，还可分为半波准谐振和全波准谐振。
下图分别是Buck拓扑的半波ZVS-QRC和半波ZCS-QRC。
由于运行中变换器工作在谐振模式的时间只占一个开关周期中的一部分,而其余时间都是运行在非谐振模式，因此用“准谐振”一词。
准谐振变换器由于电路简单，且适用于各种拓扑，不仅适用于基本的BUCK电路、BOOST电路，还可以应用到离线式变换器，如半桥电路中，因此准谐振变换器在小功率变换器上有着广泛应用，如笔记本电脑的电源适配器。
和负载谐振变换器一样，电压调节一般采用频率调制（PFM）方法。
零开关PWM变换器
零开关PWM变换器该类变换器是QRC电路的改进，出现在80年代末、90年代初。
可分为零电压开关PWM变换器（ZVS-PWM）和零电流开关PWM变换器（ZCS-PWM）。
零开关PWM变换器技术是在PWM技术和谐振技术之间取了折中。
在准谐振变换器的基础上,加入一个辅助开关管,来控制谐振元件的谐振过程,实现恒定频率控制,即实现PWM控制。
它既可以通过谐振为主功率开关管创造零电压或零电流开关条件，又可使电路像常规PWM电路一样,在恒频下通过改变占空比调制来调节输出电压。
当开关转化完成后,转换器返回到普通的PWM操作模式,因此可以减小电路的能量。
开关损耗以最小的导通损失为代价而得到减少。
下图分别是Buck拓扑的ZVS-PWM 和ZCS-PWM电路。
在ZVS-QRC的谐振电感上并接辅助开关构成ZVS-PWM，在ZVS-QRC的谐振电容上串接辅助开关则构成ZCS-PWM。
和QRC相比，零开关PWM变换器最大的特点就是由PFM到PWM的转变，使电路的控制简化，但也有其自身的缺点。
以ZVS-PWM变换器为例,它与上面提到的ZVS-QRC 有个共同的特点就是开关管和谐振电容、谐振电感的电压和电流应力是完全一样的,也就是说要承受很高的电压,这对于开关管来说是一个缺陷, 限制了变换器功率的提升。
零转换PWM变换器
在零开关PWM的基础上，调整谐振网络的连接方式，实现由零开关PWM 到零转换PWM的演进。
零转换PWM的特点：谐振元件不在主回路中，因此谐振条件受主回路影响最小，而且由于主开关不再承受大的电压（电流）应力。
该类变换器分为零电压转换PWM变换器（ZVT-PWM）和零电流转换PWM变换器（ZCT-PWM）。
前面几种变换器与常规的硬开关PWM变换电路相比，都毫无例外地极大地
增加了电路中开关管的电压或电流应力,使电路中的导通损耗明显增加，从而部分地抵消了开关损耗降低的优点。
零转换PWM变换器在辅助开关上串联谐振网络，对于主控和辅助开关都可以在不增加其电压和电流应力的情况下动作，而且和上述几种电路相比，谐振过程占整个开关周期的比例进一步减少。
下图分别是Buck拓扑的ZVT-PWM和ZCT-PWM。
由于零转换PWM变换器仅在开关阶段谐振，因此有的文献将其称为具备有源无损缓冲的PWM变换器。
在零转换PWM变换器中，辅助开关和LC谐振元件分别实现了“有源”和“无损”，这是传统PWM变换器中无源有损缓冲电路和无源无损电路的改进。
我们可以看出：一方面，谐振变换器为了减小开关应力和简化控制不断向PWM控制发展。
另一方面，PWM电路不断改进其缓冲电路，最终采取谐振的方式实现缓冲功能。
这样，最终出现了谐振电路的PWM电路的完美结合——零转换PWM变换器。