软开关的概念
软开关与硬开关有什么区别
软开关与硬开关有什么区别
开关:
硬开关简称HS，其在开关过程中电压与电流均不为零，并且电压、电流变化很快，波形出现明显的过冲，导致产生开关噪声。
硬开关工作的五个不足之处妨碍了半导体开关器件工作频率的提高，如下：
1)电磁干扰严重。
2)二极管反向恢复的问题。
3)感性关断电压尖峰大。
4)开通和关断损耗大。
5)荣性开通电流尖峰大。
软开关:
软开关是指半导体器件在开关过程中承受零电压或零电流，即在零电压条件下导通（或关断），在零电流条件下关断（或导通）。
软开关在开关开通与关断过程中，电压与电流波形几乎不重叠。
够开关可以实现在导通与关断时损耗降到很低。
软开关技术
t 0以前等效电路 S导通，VD反偏（iS为VDS与S电流之和） 导通， 反偏 反偏（ 电流之和） 导通 电流之和 L为恒流源 为恒流源
7.2零电压开关准谐振电路（ 7.2零电压开关准谐振电路（3） 零电压开关准谐振电路
在t1~t2时段等效电路 S关断 ，VDs反偏，VD导通，谐振开始 反偏， 导通 导通， 关断 反偏 uCr继续上升， iLr 下降 继续上升，
t2:iLr=0, uCr 最大
7.2零电压开关准谐振电路（ 7.2零电压开关准谐振电路（5） 零电压开关准谐振电路
在t2~t3段等效电路 S关断，VDs反偏，VD导通 关断， 反偏， 导通 关断 反偏 iLr 反向上升，uCr下降 反向上升， t3: uCr=ui,uLr=0,iLr最大
一般会给电路造成总损耗增加、关断过电 压增大等负面影响，因此是得不偿失的。
零电流开通 电感电流，初始保持0不突变 电感电流，初始保持 不突变
零电压关断 电容电压，初始保持0不突变 电容电压，初始保持 不突变
7.2零电压开关准谐振电路（ 7.2零电压开关准谐振电路（1） 零电压开关准谐振电路
总体思路：S 以“准软开关”（零电 压关断），产生谐振，使得两端出现 零电压后（其实是与其反并联的二级 管导通，出现很小的负管压降），给S 开通信号，实现零电压开通：“软开 关” 准谐振：仅谐振了半个周期） 准谐振：仅谐振了半个周期）
第7章 软开关技术
电力电子装置高频化 优点： 滤波器、 变压器体积和重量减小， 优点 ： 滤波器 、 变压器体积和重量减小 ， 电力电子 装置小型化、 轻量化。 装置小型化、 轻量化。 缺点：开关损耗增加，电磁干扰增大。 缺点：开关损耗增加，电磁干扰增大。
《软开关技术》课件
03
CHAPTER
软开关技术在不同领域的应 用
电力电子领域
软开关技术介绍
在电力电子领域，软开关技术是一种用于控制开关电源的先进技术。它通过在开关过程中引入谐振原 理，实现了开关器件的零电压或零电流开通与关断，从而减小了开关损耗和电磁干扰，提高了电源的 效率。
应用实例
在逆变器、直流-直流转换器、不间断电源等电力电子设备中，软开关技术被广泛应用于减小开关损耗 、提高电源效率、降低电磁干扰等方面。
智能电网
在智能电网建设中，软开关技术将发挥重要作用，保障电网的稳定 运行和节能减排。
轨道交通
在轨道交通领域，软开关技术的应用将提升列车运行的稳定性和安 全性。
产业前景
市场规模
随着软开关技术的广泛应用，其 市场规模将不断扩大，吸引更多 企业投入研发和生产。
产业链完善
软开关技术的产业链将逐渐完善 ，形成完整的研发、生产、销售 和服务体系。
降低电磁干扰有助于提高电子设备的性能稳定性，减少对周 围其他设备的干扰，同时也符合现代电子产品绿色环保的要 求。
延长设备寿命
软开关技术能够减小开关过程中产生的应力，从而降低对设备中元器件的损耗， 延长了设备的使用寿命。
设备寿命的延长有助于减少维修和更换成本，同时也减少了电子废弃物的产生， 有利于环境保护。
元器件选择
01
02
03
电力电子器件
如绝缘栅双极晶体管（ IGBT）、功率MOSFET等 ，具有高耐压、大电流、 低导通电阻等优点。
无源元件
如电容、电感等，用于实 现能量的储存和转换。
控制电路
用于产生控制信号，调节 开关的导通和关断时间。
电路设计
01
02
电力电子技术课件--第8章-软开关技术----培训资料
8.1 软开关的基本概念 8.2 软开关电路的分类 8.3 典型的软开关电路 8.4 软开关技术新进展
本章小结
引言
■现代电力电子装置的发展趋势是小型化、轻量化，同时 对装置的效率和电磁兼容性也提出了更高的要求。
■电力电子电路的高频化 ◆可以减小滤波器、变压器的体积和重量，电力电子装 置小型化、轻量化。 ◆开关损耗增加，电路效率严重下降，电磁干扰增大。
■零电压开通 ◆开关开通前其两端电压为零，则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，则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。
关断后，VD尚未导通，电路可以等效为图
iLr
O
uVD
O
图8-9
t 0 t1 t2 t 3 t4 t5 t6
t0
零电压开关准谐振电路的理想化波形
t t
8-10；Lr+L向Cr充电，L等效为电流源，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
的上升率为
■在很多情况下，不再指出开通或关断，仅称零电压开关 和零电流开关。
8.2 软开关电路的分类
■软开关电路的分类 ◆根据电路中主要的开关元件是零电压开通还是 零电流关断，可以将软开关电路分成零电压电路 和零电流电路两大类，个别电路中，有些开关是 零电压开通的，另一些开关是零电流关断的。
◆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。
mos管软开关的过程
mos管软开关的过程摘要：一、MOS 管软开关的概念与特点1.MOS 管的基本结构与工作原理2.软开关的定义与作用3.MOS 管软开关的特点二、MOS 管软开关的工作原理1.MOS 管的导通与截止2.软开关的开启与关闭3.MOS 管软开关的过渡过程三、MOS 管软开关在电子设备中的应用1.电源开关电路2.马达驱动电路3.充电器电路四、MOS 管软开关的设计与制造1.设计流程与方法2.制造工艺与材料3.性能评估与优化正文：MOS 管软开关的过程是电子设备中常见的一种电路现象。
MOS 管，即金属- 氧化物- 半导体场效应晶体管，是一种具有高输入阻抗、低噪声和低失真等优点的半导体器件。
在电子设备中，MOS 管常用于电源开关电路、马达驱动电路和充电器电路等。
MOS 管的工作原理是基于其内部的栅极电压来控制源漏电流的流动。
当栅极电压大于一定的开启电压时，MOS 管处于导通状态，源漏电流较大；当栅极电压小于一定的关闭电压时，MOS 管处于截止状态，源漏电流较小。
软开关是指在MOS 管的开启和关闭过程中，通过一定的控制策略来实现电流的平滑过渡。
软开关的作用是减小电路中的开关噪声和电磁干扰，提高设备的可靠性和稳定性。
MOS 管软开关的特点包括：导通电阻低、截止漏电流小、开关速度快、工作频率高、抗干扰能力强等。
在实际应用中，MOS 管软开关广泛应用于电源开关电路。
例如，在开关电源中，MOS 管软开关可以实现电源电压的平滑切换，减小电源噪声和电磁干扰。
此外，MOS 管软开关还应用于马达驱动电路和充电器电路等。
MOS 管软开关的设计与制造是一个复杂的过程。
首先，需要根据电路需求设计MOS 管的尺寸和材料；其次，需要选择合适的制造工艺和材料；最后，需要对MOS 管的性能进行评估和优化。
总之，MOS 管软开关在电子设备中扮演着重要的角色。
软开关
电源技术概述直流变换器分类非隔离：Buck 、Boost 、Buck/Boost 、Cuk 、Zeta 、Sepic隔离： 单管正激Forward 、单管反激Flyback 、双管正激、双管反激、推挽、半桥、全桥 通常变压器隔离在功率开关管电压和电流定额相同时，变换器的输出功串通常与所用开关管的数量 成正比，故四管变换器的输出功率最大，而单管变换器的输出功率最小。
硬开关：承受电流、电压的情况下接通或断开电路。
开关损耗，频率越高损耗越大。
软开关：开关管开通或关断过程中，电压为零或电流为零。
硬开关Buck电流连续输出：D V V in O ⨯=脉动：28)1(V s f f Of C L V D -=∆（理论）、ESR )1(V ∙-=∆sf Of L V D （电容损耗、等效串联电阻ESR ）Q 、D 承受电压VinBoost电流连续 输出：D-11V V in O ⨯= 脉动：sf Of C D I V =∆ Q 、D 承受电压VoBuck/Boost连续输出：D DV in -∙=1V O Q 、D 承受电压：DO V脉动：sf O f C D I V =∆Cuk连续输出：D D V in -∙=1V OQ 、D 承受电压：O in V +VZeta输出：D D V in -∙=1V OQ 、D 承受电压：O in V +V脉动：28)1(V s f f Of C L V D -=∆Sepic输出：D D V in -∙=1V O Q 、D 承受电压：DOV正激磁复位方法：输入端接复位绕组、RCD 复位、LCD 复位、有源箝位W3复位绕组输出：12D V W W V in O ∙∙= in D V W W ∙=122V in D V W W ∙=321V in D V W W ∙+=1313W V 复位条件：311max D W W W +=反激铁芯必须有气隙，保证铁芯不饱和。
由于电路简洁，所用元器件少，适合于多输出场合使用。
软开关技术及其应用
软开关技术及其应用1.软开关技术的简介1.1软开关技术的基本概念软开关：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。
近年来开展的软开关技术研究为克服上述缺陷提供了一条有效的途径。
和硬开关工作不同，理想的软关断过程是电流先降到零，电压在缓慢上升到断态值，所以关断损耗近似为零。
由于器件关断前电流已下降到零，解决了感性关断问题。
理想的软开通过程是电压先降到零，电流在缓慢上升到通态值，所以开通损耗近似为零，器件结电容的电压亦为零，解决了容性开通问题。
同时，开通时，二极管反向恢复过程已经结束，因此二极管方向恢复问题不存在。
1.2软开关技术的工作原理图一软开关的开关、关断过程通过在开关过程前后引入谐振，使开关开通前电压先降到零，关断前电流先降到零，就可以消除开关过程中电压、电流的重叠，降低他们的变化率，从而大大减小甚至消除开关消耗。
同时，谐振过程限制了开关过程中电压电流的变化率，这使得开关噪声显著减小。
理想开关过程：零压导通零压关断，开通和关断零损耗零噪声。
2.软开关电路的种类及特点根据电路中主要的开关元件是零电压开通还是零电流关断，可以将软开关电路分成零电压电路和零电流电路两大类。
通常，一种软开关电路要么属于零电压电路，要么属于零电流电路。
但也有个别电路中，有些开关是零电压开通，另一些开关是零电流关断的。
根据软开关技术发展的历程，可以将软开关电路分成以下三种：1）准谐振电路. 是最早出现的软开关电路。
准谐振电路中电压或电流的波形为正弦半波，谐振的引入使得电路的开关损耗和开关噪声大大下降，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方式来控制。
准谐振电路可以分为零电压开关准谐振电路、零电流开关准谐振电路、零电压开关多谐振电路和用于逆变器的谐振直流环。
2) 零开关PWM电路.电流和电压基本上是方波。
开关承受的电压明显降低。
电路不采用开关频率固定的PWM控制方式。
开关电源-软开关技术
§5.1 软开关的基本概念 5.1 §5.2 软开关电路的分类 5.2 §5.3 典型的软开关电路 5.3
1
引言
开关电源的发展趋势 ☼小型化、轻量化，对效率和电磁兼容性也有很高要求。 小型化、 小型化 轻量化，对效率和电磁兼容性也有很高要求。 电力电子装置高频化 ☼减小滤波器、变压器的体积和重量，电力电子装置小 减小滤波器、 减小滤波器 变压器的体积和重量， 型化、轻量化。 型化、轻量化。 ☼开关损耗增加，电路效率严重下降，电磁干扰增大。 开关损耗增加， 开关损耗增加 电路效率严重下降，电磁干扰增大。 软开关技术 ☼降低开关损耗和开关噪声。 降低开关损耗和开关噪声。 降低开关损耗和开关噪声 ☼大幅度提高开关频率。 大幅度提高开关频率。 大幅度提高开关频率
14
5.3.1 零电压准谐振电路
1.电路结构 电路结构
假设电感L和电容C都很大，可以等效为电流 源和电压源，并忽略电路中的损耗。
Cr
S
Lr
A + -
L
Ui
VDS
iLr
VD
uD
C
R
降压型零电压开关准谐振电路原理图 图5 - 7降压型零电压开关准谐振电路原理图 降压型
15
2.工作原理 工作原理
Cr
S t
4
软开关： 软开关：
在原来的开关电路中增加很小的电感、电容等谐振元件， 在原来的开关电路中增加很小的电感、电容等谐振元件， 构成辅助换相网络，在开关过程前后引入谐振过程， 构成辅助换相网络，在开关过程前后引入谐振过程，消除 开关过程中电压、电流的重叠。 开关过程中电压、电流的重叠。 降低开关损耗和开关噪声。 降低开关损耗和开关噪声。
5.3.3 有源钳位正激型电路
电力电子硬开关与软开关技术
适用于高电压、大电流的应用场景
单击此处输入(你的)智能图形项正文，文字是您思想的提炼，请尽量言简意赅
适用于多种不同的控制策略
单击此处输入(你的)智能图形项正文，文字是您思想的提炼，请尽量言简意赅
硬开关的工作原理
硬开关的基本概念：介绍硬开关的定义、特点和应用范围
硬开关的工作原理：详细描述硬开关的工作原理，包括开通和关断过程
软开关的工作原理
软开关的优点：软开关技术具有高效率、高可靠性、低噪声、低电磁干扰等优点，因此在电力电子领域得到了广泛应用。
软开关的应用：软开关技术可以应用于各种电力电子设备中，如逆变器、整流器、电源转换器等，以提高设备的性能和可靠性。
软开关的基本概念：软开关是一种无触点开关，通过控制功率器件的驱动信号的开通和关断，实现开关管的零电压开通和零电流关断。
电力电子软开关技术的优点： - 开关过程中电压和电流应力较小 - 开关过程中电磁干扰较小 - 开关过程中产生的热量较少，不需要大型散热装置
电力电子硬开关与软开关技术的发展趋势
未来发展方向
电力电子硬开关与软开关技术的融合发展
新型电力电子器件的研究与应用
绿色环保、节能减排的推广
智能化、自动化技术的应用
硬开关与软开关工作原理的比较：硬开关适用于大电流、高电压的电路，而软开关适用于小电流、低电压的电路，两者适用范围不同
硬开关的工作原理：通过控制开关的通断来控制电路的通断
软开关的工作原理：通过控制开关的导通角来控制电路的电压和电流
应用场景的比较
电力电子硬开关的应用场景： - 高电压、大电流的电力电子系统 - 需要高效率、高功率密度的场合 - 适用于对控制精度要求不高的场合 - 高电压、大电流的电力电子系统- 需要高效率、高功率密度的场合- 适用于对控制精度要求不高的场合电力电子软开关的应用场景： - 低电压、小电流的电力电子系统 - 需要高频率、高效率的场合 - 适用于对控制精度要求较高的场合 - 在通信、计算机、航空航天等领域有广泛应用- 低电压、小电流的电力电子系统- 需要高频率、高效率的场合- 适用于对控制精度要求较高的场合- 在通信、计算机、航空航天等领域有广泛应用
第七章软开关技术PPT课件
SL VD
L VD S
L S VD
a)
b)
c)
d)
图 7-3 基本开关单元的概念（显示放大图）
a）基本开关单元 b）降压斩波器中的基本开关单元
c）升压斩波器中的基本开关单元 d）升降压斩波器中 的基本开关单元
第7页/共29页
本章小结
本章的重点为：
1）软开关技术通过在电路中引入谐振改善了开关的 开关条件，大大降低了硬开关电路存在的开关损耗 和开关噪声问题。
概述
❖ 电力电子装置高频化
• 滤波器、变压器体积和重量减小，电力电 子装置小型化、轻量化。
• 开关损耗增加，电磁干扰增大。
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。
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7.1.1 硬开关与软开关
❖硬开关：
• 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。
iLr
Lr Ui
Cr +
S
uCr
VDS
IL L
R
第19页/共29页
返回
图 7-13 谐振直流环电路的理想化波形
uCr Ui
O
t
iLr
O t0 t1 t2 t3 t4
第20页/共29页
IL
t
t0 返回
图 7-14 移相全桥零电压开关PWM电路
S1 CS1 S3 CS3
A Ui
Lr
B
S2 CS2 S4 CS4
图 7-4 准谐振电路的基本开关单元
Cr
Lr
L
S VD
Lr
L
S
Cr
VD
Cr 1
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软开关的概念
软开关是一种基于软件的开关技术，它是通过在计算机系统中使用软件控制来实现开关操作的。
相比传统的硬件开关，软开关具有更高的灵活性和可扩展性，可以为系统带来更多的功能和便利性。
在本文中，我们将详细介绍软开关的概念、原理、应用和发展前景。
一、软开关的概念
软开关是指通过软件控制来实现开闭状态的开关。
它可以在计算机系统和电子设备中使用，用于控制电路的开关操作。
与传统的硬开关相比，软开关具有更高的灵活性和可扩展性，可以根据需求进行动态配置和调整。
二、软开关的原理
软开关是通过软件控制硬件电路来实现开关操作的。
在计算机系统中，软开关通常通过使用操作系统的API或驱动程序来实现。
当需要打开或关闭特定的电路时，软开关会发送相应的软件指令给操作系统，然后由操作系统将指令传递给硬件电路驱动程序或固件，最终实现开关操作。
三、软开关的应用
软开关在计算机系统和电子设备中有着广泛的应用。
以下是一些
软开关的常见应用场景。
1.计算机网络：软开关可以用于实现网络设备的动态配置和管理。
通过软件控制网络设备的开关状态，可以实现网络的灵活管理和优化。
例如，软开关可以用于实现虚拟局域网(VLAN)的划分和管理，以及流
量控制和路由优化等功能。
2.云计算和虚拟化：软开关是云计算和虚拟化技术的重要组成部分。
通过软件控制物理服务器和虚拟机的开关状态，可以实现资源的
动态分配和管理。
软开关可以用于实现虚拟机的启动和关闭操作，以
及虚拟机之间的网络通信和数据传输。
3.电力系统：软开关在电力系统中也有着重要的应用。
通过软件
控制电力设备的开关状态，可以实现电力系统的远程监控和控制。
软
开关可以用于实现电网的动态配置和故障隔离，以及电力设备的保护
和控制。
4.智能家居：软开关是智能家居系统中的核心技术之一。
通过软件控制家庭设备的开关状态，可以实现智能家居系统的自动化控制和管理。
软开关可以用于实现家庭电器的远程操控和定时控制，以及实现家庭安防和能源管理等功能。
5.工业自动化：软开关在工业自动化领域也有广泛的应用。
通过软件控制工业设备的开关状态，可以实现工业生产线的自动化控制和优化。
软开关可以用于实现工业设备的远程监控和控制，以及实现生产流程的自动调节和优化。
四、软开关的发展前景
随着计算机技术的不断发展和电子设备的普及，软开关作为一种新的开关技术，将会有着广阔的发展前景。
以下是软开关的一些发展趋势。
1.软件定义网络(SDN)：软开关是SDN的重要组成部分。
SDN将网络的控制和数据平面进行了分离，通过软开关实现对网络设备的集中控制和管理。
随着SDN技术的不断推广和应用，软开关将会得到更广泛的应用和发展。
2. 5G通信：软开关在5G通信领域也有着重要的应用。
5G通信将会支持更高的带宽和更低的延迟，软开关可以用于实现对大规模基站的灵活管理和优化。
通过软件控制基站的开关状态，可以实现对无线资源的动态分配和调整，以及实现对用户流量的智能管理和路由。
3.物联网(IoT)：软开关在物联网领域也有着重要的应用。
物联网将会连接各种智能设备和传感器，通过软开关可以实现对物联网设备的集中控制和管理。
软开关可以用于实现对物联网设备的远程监控和控制，以及实现对物联网数据的智能分析和处理。
总结：
软开关是一种基于软件的开关技术，通过软件控制硬件电路的开闭状态。
软开关具有灵活性、可扩展性和功能丰富的特点，可以应用于计算机网络、云计算、电力系统、智能家居和工业自动化等领域。
随着计算机技术和电子设备的不断发展，软开关将会有着广阔的应用和发展前景。