第十九讲：软开关的基本概念及分类

关断过程 开通过程 S O uS O iS R O uVD O a) t0 t1 b) t t t t
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0Leabharlann t5硬开关过程中的电压和电流 a) 关断过程 b)开通过程
软开关与硬开关的概念
——软开关的概念：
在硬开关电路中增加很小的电感、电容等辅助元件，这一复合开关称 为软开关。
11
软开关电路的分类
——零电压谐振软开关


谐振电容Cr和开关S是并联的。 S导通时，Cr两端的电压为0，S关断时，限 制S上电压的上升率，实现的零电压关断； 在S开通前，Lr和Cr谐振工作使Cr的电压自 然回0，实现的零电压开通。
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软开关电路的分类
——零电流谐振软开关


谐振电感Lr和开关S是串联的。 S开通之前， Lr的电流为0，开通时， Lr限制S中电流的上升率，实现零电流 开通； S关断前， Lr和Cr谐振工作使Lr的电流 自然回0，实现零电流关断。
Ⅰ根据电路中主要的开关器件是零电压软开关还是零电流软开关分 类：
零电压电路和零电流电路两大类。
9
软开关电路的分类
Ⅱ根据软开关实现技术的不同可分为:

准谐振软开关电路: 软开关由谐振开关单元来实现,采用调频控制开关的开通

零开关PWM软开关电路: 软开关由零开关PWM开关单元来实现,采用调宽控制开关的开通
开关特性：

u u u i 开关过程不是瞬时完成的，有一个时间过程；
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开通、关断过程电压、电流任意一项为零或 0 很小； 开关损耗为零或很小； 降低电压、电流的变化率，从而大大减小甚 0 至消除开关噪声。
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软开关过程中的电压和电流 a) 关断过程 b)开通过程
PWM）软开关
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软开关电路的分类

零转换PWM软开关电路的分类：
（1）零电压转换PWM软开关电路 （2）零电流转换PWM软开关电路
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软开关电路的分类
软开关电路一览表
准谐振电路 零电压开关准谐振电路(ZVS QRC） 零电流开关准谐振电路(ZCS QRC） 零电压开关多谐振电路(ZVS MRC） 用于逆变器的谐振直流环节电路(Resonant DC Link） 零开关PWM电路 零电压开关PWM电路（ZVS PWM） 零电流开关PWM电路（ZCS PWM） 零转换PWM电路 零电压转换PWM电路（ZVT PWM） 零电流转换PWM电路（ZCT PWM）
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软开关的分类 ——零电压软开关：
开关导通（关断）前电压先降为零或很小，实现零电压开 通（关断）的开关叫零电压开关（ZVS） 开关特性：



开关过程不是瞬时完成的， 有一个时间过程； 开通、关断前电压为零或很 小； 开关损耗为零或很小； 开关噪声很小。
7
软开关的分类 ——零电流软开关：
第十九讲：软开关的基本概念及分类 1、 软开关技术产生的背景
2、 软开关与硬开关的概念 3、 软开关的分类
4、 软开关电路的分类
重点掌握：2、3、4
1
软开关技术产生的背景
——现代电力电子装置（电路）的发展趋势是什么？ 体积小型化、重量轻量化、效率高效化、电磁兼容性优良化
——体积小型化、重量轻量化的直接途径：



滤波电感、电容和变压器体积和重量中很大比例； 提高开关频率，可以相应提高滤波器的截止频率，从 而可以选用较小的电感和电容； 变压器工作频率越高，绕组匝数越少，所需铁心的窗 口面积越小，减少变压器的体积和重量； 结论：电力电子装置小型化、轻量化的根本途径：
提高电力开关频率
2
软开关技术产生的背景
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软开关电路的分类
——准谐振电路的优缺点总结:

谐振使电路的开关损耗和开关噪声都大大下降 缺点： 谐振电压峰值很高，要求器件耐压必须提高； 谐振电流的有效值很大，造成电路导通损耗加 大； 准谐振电路只能采用脉冲频率调制PFM方式来 控制。




14
软开关电路的分类 ——零开关PWM软开关电路
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软开关电路的分类

零开关PWM软开关电路分类：
（1）零电压开关PWM软开关电路 （2）零电流开关PWM软开关电路
不足：
准谐振和零开关PWM电路，谐振电感Lr与主开关串联，开关要担负谐振 电流、负载电流； 软开关的实现是以增加开关器件的电压电流应力作为代价的； 并且软开关的实现条件受输入电压和负载变化影响较大，轻载时可能会失 去软开关的条件；
关断过程 S O uS O iS R uVD a) O O t0 t1 b) 开通过程 t t t t

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4
软开关与硬开关的概念
——硬开关的概念：

开关过程不是瞬时完成的，有一个时间过程； 在开关过程中，开关器件的电压、电流均不为零； 产生开通损耗和关断损耗，总和称为开关损耗； 开关频率越高，开关损耗越大，电路效率就越低； 电压和电流的变化很快，产生高di/dt和du/dt，波形出现过冲和振荡， 导致开关噪声的产生,易电磁干扰；
21



产生背景: 准谐振电路需要采用调频控制， 控制电路设计较为困难. 概念: 采用零开关PWM软开关的电路 零开关PWM软开关的分类：
（1）零电压开关PWM（ZVS PWM） 软开关
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软开关电路的分类 ——零开关PWM电路

零开关PWM软开关的分类：
（2）零电流开关PWM（ZVS PWM） 软开关

零转换PWM软开关电路: 软开关由零转换PWM开关单元来实现,采用调宽控制开关的开通
10
软开关电路的分类
——准谐振软开关电路

概念: 在硬开关单元上增加谐振电感和谐振电容，构造成谐振开关单元， 进而实现软开关功能。 分类：

（1）零电压开关准谐振电路（ZVS QRC）； （2）零电流开关准谐振电路(ZCS QRC)； （3）零电压开关多谐振电路（ZVS MRC）。 （4）用于逆变器的谐振直流环节电路RDCL
开关导通（关断）前电流先降为零或很小，实现零电流开 通（关断）的开关叫零电流开关（ZCS） 开关特性：



开关过程不是瞬时完成的， 有一个时间过程； 开通、关断前电流为零或很 小； 开关损耗为零或很小； 开关噪声很小。
8
软开关电路的分类
——软开关电路的概念: 开关采用软开关的电力电子电路
——软开关电路的分类（两种分类方法）
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软开关电路的分类
——零转换PWM软开关电路 产生的背景: 为克服零开关PWM电路的缺陷 而产生的. 概念: 所含软开关为零转换PWM软开 关的电路. 零转换PWM软开关单元的分类： （1）零电压转换PWM（ZVT

PWM）软开关
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软开关电路的分类
——零转换PWM电路 零转换PWM软开关单元的分类： （2）零电流转换PWM（ZVT
——提高电力开关频率后的负面影响： 提高开关频率的同时，开关损耗也随之增加，电路效率下降， 电磁干扰增大 ——解决之道：
软开关技术，既能使开关频率可以大幅度提高，又能降低开 关电路中的开关损耗和开关噪声
3
软开关与硬开关的概念
——一点声明：

理想开关没有硬开关与软开关之分； 理想开关的“开”与“关”是在瞬间完成的，忽略了开关 过程对电路的影响；