软开关技术讲解
软开关技术综述——
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软开关技术综述——
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。它们使用某种形式的谐振软化开关转换过程,开关转换结束后又恢复到常规的PWM工作方式,但它的谐振电感串联在主电路内, 因此零开关条件与电源电压、负载电流的变化范围有关, 在轻载下有可能失去零开关条件。为了改善零开关条件, 人们将谐振网络并联在主开关管上, 从而发展成零转换PWM 软开关变换器, 它既克服了硬开关PWM技术和谐振软开关技术的缺点, 又综合了它们的优点。目前无源无损缓冲电路将成为实现软开关的重要技术之一, 在直流开关电源中也得到了广泛的应用。
二．软开关的简介：
1．软开关的原理：所谓“软开关”是与“硬开关”相对应的。硬开关是在控制电路的开通和关断过程中，电压和电流的变化剧烈，产生较大的开关损耗和噪声，开关损耗随着开关频率的提高而增加，使电路效率下降；开关噪声给电路带来严重的电磁干扰，影响周边电子设备的工作。软开关是在硬开关电路的基础上，增加了小电感、电容等谐振器件， 构成辅助换流网络，在开关过程前后引入谐振过程，开关在其两端的电压为零时导通；或使流过开关的电流为零时关断，使开关条件得以改善， 降低传统硬开关的开关损耗和开关噪声，从而提高了电路的效率。 软开关包括软开通和软关断。理想的软开通过程是：电压先下降到零后，电流再缓慢上升到通态值， 所以开通时不会产生损耗和噪声，软开通的开关称之为零电压开关。理想的软关断过程是：电流先下降到零后，电压再缓慢上升到通态值，所以关断时不会产生损耗和噪声，软关断的开关称之为零电流开关。硬开关、软开关的开关过程如下图： 软开关技术综述——
图2-1：硬开关的开关过程
图2-2：软开关的开关过程
2．软开关的分类：根据开关元件开通和关断时电压电流状态，可分为零电压电路和零电流电路两大类。根据软开关技术发展的历程可以将软开关电路分成准谐振电路、零开关PWM电路和零转换PWM电路。
零电压开关：①零电压开通：开关开通前其两端电压为零开通时不会产生损耗和噪声。②零电压关断：与开关并联的电容能延缓开关关断后电压上升的速率，从而降低关断损耗。
零电流开关：①零电流关断：开关关断前其电流为零关断时不会产生损耗和噪声。②零电流开通：与开关串联的电感能延缓开关开通后电流上升的速率，降低了开通损耗。
准谐振电路：准谐振电路中电压或电流的波形为正弦半波，因此称之为准谐振。是最早出现的软开关电路。其电压峰值很高，要求器件耐压必须提高；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；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（Pulse Frequency Modulation—PFM）方式来控制。准谐振电路可分类为零电压开关准谐振电路、零电流开关准谐振电路、电压开关多谐振电路、用于逆变器的谐振直流环节电路。其拓扑图如下：
软开关技术综述——
零电压开关准谐振电路的基本开关单元 零电流开关准谐振电路的基本开关单元
零电压开关多谐振电路的基本开关单元
零开关PWM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。其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；电路中无功功率的交换被削减到最小，这使得电路效率有了进一步提高。零开关PWM电路可分类为零电压开关PWM电路、零电流开关PWM电路。其拓扑图如下：
零电压开关PWM电路的基本开关单元 零电流开关PWM电路的基本开关单元
零转换PWM电路：采用辅助开关控制谐振的开始时刻，但谐振电路是与主开关并联的。其特点为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；电路中无功功率的交换被削减到最小，这使得电路效率有了进一步提高。零转换PWM电路可分为零电压转换PWM电路、零电流转换PWM电路。其拓扑如如下： 软开关技术综述——
零电压转换PWM电路的基本开关单元 零电流转换PWM电路的基本开关单元
3．几种典型的软开关电路：
①零电压开关准谐振电路：以降压型为例分析工作原理。假设电感L和电容C很大，可等效为电流源和电压源，并忽略电路中的损耗。
图2-3：零电压开关准谐振电路原理图
其工作过程：选择开关S关断时刻为分析的起点。t0~t1时段：t0之前，开关S为通态，二极管VD为断态，UCr=0，iLr=IL ，t0时刻S关断，与其并联的电容Cr使S关断后电压上升减缓，因此S的关断损耗减小。S关断后，VD尚未导通。电感Lr+L向Cr充电， UCr线性上升，同时VD两端电压UVD逐渐下降，直到t1时刻，UVD=0，VD导通。这一时段UCr的上升率：CrLrduIdtC。t1~t2时段：t1时刻二极管VD导通，电感L通过VD续流，Cr、Lr、Ui形成谐振回路。t2时刻，iLr下降到零，UCr达到谐振峰值。t2~t3时段：t2时刻后，Cr向Lr放电，直到t3时刻，UCr=Ui，iLr达到反向谐振峰值。t3~t4时段：t3时刻以后，Lr向Cr反向充电，UCr继续下降，直到t4时刻UCr=0。t4~t5时段：UCr被箝位于零，iLr线性衰减，直到t5时刻，iLr=0。由于此时开关S两端电压为零，所以必须在此时开通S，才不会产生开通损耗。t5~t6时段：S为通态，软开关技术综述——
iLr线性上升，直到t6时刻，iLr=IL，VD关断。t6~t0时段：S为通态，VD为断态。
图2-4：零电压开关准谐振电路的理想波形
零电压开关准谐振电路的缺点是谐振电压峰值将高于输入电压Ui的2倍，增加了对开关器件耐压的要求。
②谐振直流环：谐振直流环电路应用于交流-直流-交流变换电路的中间直流环节（DC-Link）。通过在直流环节中引入谐振，使电路中的整流或逆变环节工作在软开关的条件下。由于电压型逆变器的负载通常为感性，而且在谐振过程中逆变电路的开关状态是不变的，因此分析时可将电路等效为如图2-5所示电路。
图2-5：谐振直流环电路原理图
软开关技术综述——
图2-6：谐振直流环电路的等效电路
其工作过程：t2~t3时段：UCr向Lr和L放电，iLr降低，到零后反向，直到t3时刻UCr=Ui。t3~t4时段：t3时刻，iLr达到反向谐振峰值，开始衰减，UCr继续下降，t4时刻，UCr=0，S的反并联二极管VDS导通，UCr被箝位于零。t4~t0时段：S导通，电流iLr线性上升，直到t0时刻，S再次关断。
图2-7：谐振直流环电路的理想化波形
谐振直流环电压谐振峰值很高，增加了对开关器件耐压的要求。
③移相全桥型零电压开关PWM电路：移相全桥电路是目前应用最广泛的软开关电路之一，它的特点是电路简单。同硬开关全桥电路相比，仅增加了一个谐振电感，就使四个开关均为零电压开通。互为对角的两对开关S1-S4和S2-S3，S1的波形比S4超前0~TS/2时间，而S2的波形比S3超前0~TS/2时间，因此称S1和S2为超前的桥臂，而称S3和S4为滞后的桥臂。
图2-8：移相全桥零电压开关PWM电路
其工作过程：互为对角的两对开关S1-S4和S2-S3，S1的波形比S4超前0~TS/2时间，而S2的波形比S3超前0~TS/2时间，因此称S1和S2为软开关技术综述——
超前的桥臂，而称S3和S4为滞后的桥臂。t0~t1时段：S1与S4导通，直到t1时刻S1关断。t1~t2时段：t1时刻开关S1关断后，电容Cs1、Cs2与电感Lr、L构成谐振回路， UA不断下降，直到UA=0，VDS2导通，电流iLr通过VDS2续流。t2~t3时段：t2时刻开关S2开通，由于此时其反并联二极管VDS2正处于导通状态，因此S2为零电压开通。t3~t4时段：t3时刻开关 S4关断后，变压器二次侧VD1和VD2同时导通，变压器一次侧和二次侧电压均为零，相当于短路，因此Cs3、Cs4与Lr构成谐振回路。Lr的电流不断减小，B点电压不断上升，直到S3的反并联二极管VDS3导通。这种状态维持到t4时刻S3开通。因此S3为零电压开通。t4~t5时段：S3开通后，Lr的电流继续减小。iLr下降到零后反向增大，t5时刻iLr=IL/kT，变压器二次侧VD1的电流下降到零而关断，电流IL全部转移到VD2中。t0~t5是开关周期的一半，另一半工作过程完全对称。
图2-9：移相全桥电路的理想化波形
④零电压转换PWM电路：零电压转换PWM电路具有电路简单、效率高等优点。
软开关的基本概念
软开关的基本概念
软开关的基本概念
软开关是一种电子器件，它可以用来控制电路的开关。与传统的机械式开关不同，软开关使用半导体材料作为其主要材料，并利用电场效应来控制电路的通断。软开关具有许多优点，如可靠性高、功耗低、体积小等，因此被广泛应用于各种领域中。
一、软开关的基本原理
1.1 半导体材料
软开关主要由半导体材料制成。半导体材料是指在温度较低时具有半导体性质的材料。它们具有介于导体和绝缘体之间的电学特性，即在一定条件下既可以传导电流，又可以阻止电流的流动。
1.2 电场效应
软开关利用了电场效应来控制电路的通断。当一个外加电压施加到半导体上时，会在其内部形成一个强烈的电场。这个电场会影响到半导体中自由载流子（即带负或正电荷的粒子）的运动状态，从而改变其导电性质。
1.3 MOSFET结构
MOSFET（金属氧化物半导体场效应晶体管）是一种常用的软开关结构。它由金属栅、氧化物和半导体材料组成。当一个正电压施加到金属栅上时，会在氧化物和半导体之间形成一个电场，从而改变半导体中自由载流子的运动状态，控制电路的通断。
二、软开关的优点
2.1 可靠性高
软开关使用半导体材料作为其主要材料，没有机械部件，因此具有较高的可靠性。与传统的机械式开关相比，软开关不容易出现接触不良等问题。
2.2 功耗低
软开关具有低功耗的特点。由于其内部没有机械部件，因此摩擦损耗、惯性负荷等都很小。此外，在控制电路通断时也只需要很小的电流即可实现。
2.3 体积小
软开关具有较小的体积和重量。这使得它们在集成电路中得到广泛应用，并且可以大大节省空间。
三、软开关的应用领域
3.1 电力系统
在电力系统中，软开关被广泛应用于电力变压器、断路器、接触器等设备中。它们可以提高系统的可靠性和效率，并且可以减少能源浪费。
3.2 电动汽车
软开关在电动汽车中也得到了广泛应用。它们可以控制电机的转速和方向，并且可以实现快速切换，提高车辆的性能和安全性。
软开关的基本概念 2
软开关的基本概念
软开关是一种电力电子器件，它能够根据控制信号断开或接通电路，从而实现电力系统的控制和保护。与传统机械开关相比，软开关具有体积小、能耗低、寿命长、可靠性高和控制精度高等优点，因此被广泛应用于现代电力系统中。
软开关的基本结构包括一个功率半导体器件和一个控制电路。其中功率半导体器件可以是晶闸管、二极管、MOSFET、IGBT等，用于负责电路上的开关操作。而控制电路则负责产生指令信号，控制功率半导体器件的开关状态，从而实现电路的控制和保护。
软开关的最大特点是其控制方式。它利用高频开关技术，将电路开关的操作频率提高到几千赫兹，从而实现电流的快速切换和控制。与此同时，软开关还可以实现电流的平滑转移，降低电路中的电压和电流波动，从而提高了能量利用率和电路的稳定性。
软开关的应用范围非常广泛，包括但不限于变频器、UPS、电力电子变压器、电机驱动等。其中，变频器是软开关应用最为广泛的领域之一。在变频器中，软开关用于实现电机的调速控制，从而提高电机的效率和运行质量。此外，软开关还可以用于UPS中的输出电路控制，保证UPS的稳定输出电压和电流。
总之，软开关是一种电力电子新型器件，具有体积小、能耗低、寿命长、可靠性高等优点，被广泛应用于现代电力系统中。随着科技的不断发展和进步，软开关技术也会越来越成熟和完善，为电力系统的控制和保护提供更加先进的技术手段。
第7章软开关技术
第7章软开关技术
一. 软开关技术：降低开关损耗和开关噪声、进一步提高开关频率。
1.硬开关：开关过程中电压和电流均不为零，出现了重叠。
●电压、电流变化很快，波形出现明显得过冲，导致开关噪声。
2.软开关：在原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，消除电压、电流的重叠。
●降低开关损耗和开关噪声。
3.零电压开关和零电流开关
●零电压开通：开关开通前其两端电压为零——开通时不会产生损耗和噪声。
●零电流关断：开关关断前其电流为零——关断时不会产生损耗和噪声。
●零电压关断：与开关并联的电容能延缓开关关断后电压上升的速率，从而降低关断损耗。
●零电流开通：与开关串联的电感能延缓开关开通后电流上升的速率，降低了开通损耗。
4.当不指出是开通或是关断，仅称零电压开关和零电流开关。靠电路中的谐振来实现。
5.软开关电路的分类
●根据开关元件开通和关断时电压电流状态，分为零电压电路和零电流电路两大类。
●根据软开关技术发展的历程可以将软开关电路分成准谐振电路、零开关PWM电路和零转换PWM电路。
●每一种软开关电路都可以用于降压型、升压型等不同电路，可以从基本开关单元导出具体电路。
6.准谐振电路：准谐振电路－准谐振电路中电压或电流的波形为正弦半波，因此称之为准谐振。是最早出现的软开关电路。
●特点：
●谐振电压峰值很高，要求器件耐压必须提高；
●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；
●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PFM方式来控制。
分类：零电压开关准谐振电路、零电流开关准谐振电路、电压开关多谐振电路、用于逆变器的谐振直流环节电路
7.零开关PWM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。
●零开关PWM电路可以分为：零电压开关PWM电路零电流开关PWM电路
●特点：
●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。
开关损耗及软开关技术
1 开关损耗及软开关技术
概述
本文简单介绍了开关电路的常见形式，讲述了开关电路开通和截止的过程以及开关损耗
产生的原因。最后介绍了减少开关损耗的办法—软开关技术。
开关电路简介
开关是我们经常碰到的一种物品，如电灯的开关，电源的开关，电闸，继电器等。现代
电子电路中也经常会使用到开关电路。只不过在电子电路中的开关与上面所提到的机械方式
的开关不同,电子电路中的开关一般利用晶体管或场效应管的导通截止特性构成。
开关电路经常出现在电源，功率放大器，电机伺服，音视频切换等电路中。下面举两个
例子
开关电源中的开关管(Q)
D类音频功率放大器中的开关管(M1,M2)
从上面两个例子可以看出在功率电子电路中是用的开关电路有以下两个特点
1、 开关管的负载都是感性负载(开关电源电路中的fL和音频功放中的1L)
2、 都有相应的续流二极管(如开关电源电路中的D)
*在音频功放中的续流二极管实际上是功率场效应管的体二极管。
开关电路的开关过程及开关损耗
以开关电源电路中的开关电路为例介绍一下开关的过程。在这里假定电感fL较大所以
在开关过程中流过电感的电流可以近似认为没有变化。
开通过程
下图描述了开关管开通时电压电流的关系，其中CEV指得是开关管Q发射极和集电极
之间的电压，对场效应管就是源极(S)和漏极(D)之间的电压。LI是关断前电感流过的电流。
2
在0t时刻开关管Q开始流过电流，开关管逐渐开通。
在10~tt时刻流过开关管Q的电流逐渐增大，同时流过二极管D的电流逐渐减小。在
此时刻Q一直工作在放大状态，即流过开关管的电流的大小是由流过基极的电流大小决定
的。
在1t时刻开关管Q流过了所有的LI，这时流过二极管的电流为零。但是由于二极管反
向恢复时间的原因，二极管不会立即进入截止状态，而是要继续保持一段时间的导通。
在21~tt时刻流过开关管的电流继续增大，Q还是工作在放大状态。二极管处于反向恢
复期流过反向的电流。
软开关技术综述
一览电池英才网（/） 软开关技术综述
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，控制开元件的占空比来调整输出电压。开关电源的构成框图如图1所示，它由输入电路、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，开关晶体管要采用开关速度高、导通和关断时间短的晶体臂，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。
从60年代开始得到发展和应用的DC－DC PWM功率变换技术是一种硬开关技术。为了使开关电源在高频状态下也能高效率地运行，国内外电力电子界和电源技术界自70年代以来，不断研究开发高频软开关技术。软开关和硬开关波形比较如图2所示。
从图可以看出，软开关的特点是功率器件在零电压条件下导通（或关
断），在零电流条件下关断（或导通）。与硬开关相比，软开关的功率器件在零电压、零电流条件下工作，功率器件开关损耗小。与此同时， du/dt和di/dt大为下降，所以它能消除相应的电磁干扰（EMI）和射频干扰（RFI），提高了变换器的可靠性。同时，为了减小变换器的体积和重量，必须实现高频化。要提高开关频率，同时提高变换器的变换效率，就必须减小开关损耗。减小开关损耗的途径就是实现开关管的软开关，因此软开关技术软开关技术已经成为是开关变换技术的一个重要的研究方向。本文对软开关和硬开关的工作特性进行比较，并对软开关技术进行了详细阐述。
2 硬开关的工作特性
是开关管开关时的电压和电流波形。开关管不是理想器件，因此在开关管开关工作时，要产生开通损耗和关断损耗，统称为开关损耗（Switching Loss）。开关频率越高，总的开关损耗越大，变换器的效率就越低。开关损耗的存在限制了变换器开关频率的提高，从而限制了变换器的小型化和轻量化。
什么是软开关软开关的分类电子技术
1 什么是软开关?软开关的分类 - 电子技术
凡用把握的方法使电子开关在其两端的电压为零时导通电流,或使流过电子开关的电流为零时关断,则此开关称为软开关。它能克服传统的硬开关的开关损耗,抱负的软开关的开关损耗为零,从而可提高功率变换器的传输效率。
一、软开关概述
硬开关是在把握电路的开通和关断过程中，电压和电流的变化猛烈，产生较大的开关损耗和噪声，开关损耗随着开关频率的提高而增加，使电路效率下降；开关噪声给电路带来严峻的电磁干扰，影响周边电子设备的工作。软开关是在硬开关电路的基础上，增加了小电感、电容等谐振器件， 构成帮助换流网络，在开关过程前后引入谐振过程，开关在其两端的电压为零时导通；或使流过开关的电流为零时关断，使开关条件得以改善， 降低传统硬开关的开关损耗和开关噪声，从而提高了电路的效率。 软开关包括软开通和软关断。抱负的软开通过程是：电压先下降到零后，电流再缓慢上升到通态值， 所以开通时不会产生损耗和噪声，软开通的开关称之为零电压开关。抱负的软关断过程是：电流先下降到零后，电压再缓慢上升软开关技术大体上分为零电压开关和零电流开关， 到通态值，所以关断时不会产生损耗和噪声，软关断的开关称之为零电流开关。
二、软开关的分类
依据开关元件开通和关断时电压电流状态，可分为零电压电路和零电流电路两大类。依据软开关技术进展的历程可以将软开关电路分
2 成准谐振电路、零开关PWM电路和零转换PWM电路。
1.零电压开关
①零电压开通：开关开通前其两端电压为零开通时不会产生损耗和噪声。
②零电压关断：与开关并联的电容能延缓开关关断后电压上升的速率，从而降低关断损耗。
2.零电流开关
①零电流关断：开关关断前其电流为零关断时不会产生损耗和噪声。
②零电流开通：与开关串联的电感能延缓开关开通后电流上升的速率，降低了开通损耗。
3.准谐振电路
准谐振电路中电压或电流的波形为正弦半波，因此称之为准谐振。是最早消灭的软开关电路。其电压峰值很高，要求器件耐压必需提高；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；谐振周期随输入电压、负载变化而转变，因此电路只能接受脉冲频率调制方式来把握。准谐振电路可分类为零电压开关准谐振电路、零电流开关准谐振电路、电压开关多谐振电路、用于逆变器的谐振直流环节电路。
软开关的原理及应用
软开关的原理及应用
一、软开关的定义和作用
软开关（Software-controlled switch）是一种通过软件开关控制电路的开关设备。它可以通过软件操作来打开或关闭电路，取代了传统的物理开关。软开关具有灵活性高、控制精确、易维护等特点，被广泛应用于各个领域。本文将介绍软开关的原理及在实际应用中的具体用途。
二、软开关的工作原理
软开关的工作原理主要基于软件操作和电子控制。它通过软件控制电路上的开关元件（如晶体管、继电器等），来实现电路的打开和关闭。下面是软开关的主要工作原理：
1. 信号控制：软开关通过接收来自外部的信号控制输入，如电脉冲、数字信号等。根据这些输入信号的不同，软开关可以根据设定的条件来打开或关闭电路。
2. 电路切换：软开关根据外部输入信号的变化，将电路从一个状态快速切换到另一个状态。通过控制电路上的开关元件，软开关可以实现电路的打开或关闭。
3. 状态检测：软开关可以实时检测电路的开关状态，以便及时采取控制措施。它能够判断电路的打开或关闭情况，并将状态反馈给软件进行处理。
4. 软件控制：软开关通过软件操作来控制电路的开关状态。软件可以通过设定参数、编写算法等方式，实现对软开关的精确控制。这使得软开关可以根据需要灵活地调整电路的开关状态。
三、软开关的应用领域
软开关作为一种高灵活性和易操作性的电路控制设备，在各个领域都有广泛的应用。下面列举了软开关在以下几个领域的具体应用：
1. 工业自动化：软开关被广泛应用于工业自动化领域，用于控制各种机械设备的开关和运行。它可以实现对生产线的控制、设备的开启与关闭等操作，提高生产效率和安全性。
2. 家居智能：软开关在家居智能系统中也发挥着重要的作用。它可以通过智能手机或其他控制设备进行远程开关控制，实现对家中照明、电器等设备的智能控制。 3. 电力系统：软开关在电力系统中广泛使用，用于电力设备的控制和保护。它可以根据电力系统的负荷情况，通过软件控制实现设备的启动和停止，保护电力设备的正常运行。
什么是电力电子中的软开关技术？
什么是电力电子中的软开关技术？
在当今的电力电子领域，软开关技术正扮演着越来越重要的角色。那么，究竟什么是软开关技术呢？
要理解软开关技术，我们首先得从电力电子电路中的开关说起。在传统的电力电子电路中，开关的开通和关断过程往往不是理想的。当开关开通时，电流会从零逐渐上升；而当开关关断时，电压会从零逐渐上升。这种非理想的开关过程会导致开关损耗的产生。
开关损耗主要包括导通损耗和开关过程中的损耗。导通损耗是由于开关在导通状态下存在一定的电阻，电流通过时会产生功率损耗。而开关过程中的损耗则更为复杂，在开关开通和关断的瞬间，电压和电流会有重叠的时间段，这期间会产生较大的功率损耗，并且还会引起电磁干扰等问题。
为了降低这些损耗，提高电力电子装置的效率和性能，软开关技术应运而生。
软开关技术的核心思想是让开关在电压或电流为零的时候进行开通或关断，从而减少甚至消除开关过程中的损耗。
具体来说，软开关技术可以分为零电压开关（Zero Voltage
Switching，ZVS）和零电流开关（Zero Current Switching，ZCS）两种类型。 零电压开关是指在开关开通前，其两端的电压已经降为零，这样在开通瞬间就不会有电压和电流的重叠，从而大大降低了开通损耗。实现零电压开关的常见方法是在开关两端并联一个电容，利用电路中的电感和电容的谐振，使得开关两端的电压在开通前降为零。
零电流开关则是在开关关断前，通过电路的设计让流过开关的电流先降为零，从而避免了关断时电压和电流的重叠，降低了关断损耗。通常通过在开关支路串联电感来实现零电流关断。
软开关技术的实现需要依靠合理的电路拓扑结构和控制策略。常见的软开关电路有准谐振电路、零开关 PWM 电路和零转换 PWM 电路等。
准谐振电路是最早出现的软开关电路之一，它利用电感和电容的谐振来实现软开关，但存在着电压和电流应力大、工作频率不固定等缺点。
零开关 PWM 电路在准谐振电路的基础上进行了改进，通过引入辅助开关，实现了恒定频率的控制，同时降低了电压和电流应力。
电镀用移相全桥软开关的电路讲解
电镀用移相全桥软开关的电路讲解
由于行业的特殊性，用于电镀的电源较普通电源有着明显不同，电镀电
源需要较高的电流输出，而对输出电压则要求较低。电镀电源的电流要求在
几千瓦到几十千瓦不等，这种比较大功率的电镀电源大多采用晶闸管相控整
流方式。 此篇文章将为大家介绍一种电镀用开关电源，其输出电压从0~12V、电流
从0~5000A 连续可调，满载输出功率为60kW。采用了ZVT软开关等技
术，同时采用了较好的散热结构。 主电路拓扑结构
考虑到对大电流输出的需要，在主电路的高频逆变部分，本设计选用了
IGBT作为功率开关器件的全桥拓扑结构。整个主电路如图1 所示，包括：
工频三相交流电输入、二极管整流桥、EMI 滤波器、滤波电感电容、高频全
桥逆变器、高频变压器、输出整流环节、输出LC 滤波器等。 为了防止偏磁，电路中包含了隔直电容Cb，用它来对变压器的伏秒值进行
平衡。考虑到效率的问题，谐振电感LS 只利用了变压器本身的漏感。因为
如果该电感太大，将会导致过高的关断电压尖峰，这对开关管极为不利，同
时也会增大关断损耗。另一方面，还会造成严重的占空比丢失，引起开关器
件的电流峰值增高，使得系统的性能降低。
图1 主电路原理图
零电压软开关
高频全桥逆变器的控制方式为移相FB2ZVS控制方式，控制芯片采用
Unitrode 公司生产的UC3875N。超前桥臂在全负载范围内实现了零电压软开
软开关技术
工作原理：
t0~t1时段：t0时刻之前，开关S为通态，二极管VD为断态，uCr=0，iLr=IL
t0时刻S关断，与其并联的电容Cr使S关断后电压上升减缓，因此S的关断损耗减小。S关断后，VD尚未导通。电感Lr+L向Cr充电，uCr线性上升，同时VD两端电压uVD逐渐下降，直到t1时刻，uVD=0，VD导通。这一时段uCr的上升率： （7-1）
t1~t2时段：t1时刻二极管VD导通，电感L通过VD续流，Cr、Lr、Ui形成谐振回路。t2时刻，iLr下降到零，uCr达到谐振峰值。
t2~t3时段：t2时刻后，Cr向Lr放电，直到t3时刻，uCr=Ui，iLr达到反向谐振峰值。
图7-9 零电压开关准谐振电路在t0~t1时段等效电路
图7-10 零电压开关准谐振电路在t1~t2时段等效电路
t3~t4时段：t3时刻以后，Lr向Cr反向充电，uCr继续下降，直到t4时刻uCr=0。
t1到t4时段电路谐振过程的方程为： （7-2）
t4~t5时段：VDS导通，uCr被箝位于零，iLr线性衰减，直到t5时刻，iLr=0。由于这一时段S两端电压为零，所以必须在这一时段使开关S开通，才不会产生开通损耗。
t5~t6时段：S为通态，iLr线性上升，直到t6时刻，iLr=IL，VD关断。
t4到t6时段电流iLr的变化率为： （7-3）
t6~t0时段：S为通态，VD为断态。
谐振过程定量分析
求解式（7-2）可得uCr（即开关S的电压uS）的表达式：
（7-4）
uCr的谐振峰值表达式（即开关S承受的峰值电压）：（7-5）
零电压开关准谐振电路实现软开关的条件： （7-6）
缺点：谐振电压峰值将高于输入电压Ui的2倍，增加了对开关器件耐压的要求。