基于准谐振型软开关的高频开

基于零电压准谐振软开关电路的谐波电压峰值抑制的研究作者：李加奎来源：《科技视界》2017年第25期【摘要】本文针对软开关电路中的准谐振电路存在谐波峰值很高的现象，采用缓冲电路和抑制电路，，进行原有的改善。

【关键词】软开关；谐波抑制0 引言为了降低开关电路的开关损耗，提高电路的效率，人们发明了软开关技术。

软开关技术解决了开关损耗和噪音干扰，但又引出了高脉峰的问题。

1 改善准谐波软开关电路的策略1.1 比较如下2个电路比较图1 ZVS准谐振电路图2 改进后的ZVS准谐振电路图1是最基本的ZVS准谐振电路，通过Cr和Lr的串联组成串联谐振，可以使图1中DC-DC变换电路降低开关损耗和噪音干扰。

当开关S导通时，由于串联电容Lr的原因，使得流过开关S上升缓慢，当达到某一稳态时，开关两边的电压为零，且Lr被充电。

当开关断开时，流过Lr和L的电流方向不变，并且他们和R ，C，电源以及Cr构成回路，并对Cr充电，达到某一稳态时VD两端电压下降为0，二极管VD导通。

此时，VD，L，R，C构成续流回路，电容Cr通过VD向Lr充电。

在如上分析中，Lr和Cr构成串联谐振改善了开关过程，使得开关S的功耗大大减少，但是也造成开关S所承受的电压过高。

为了改变这种状况，我们在原图1的基础上使Lr并联上R2 与VD2的串联；Cr串联上VD1与R1的并联，如图2。

在图2中，当S导通时，由于Lr的作用，电流不会跳变突然增大，而是从0开始缓慢的增加，并通过L，R，C，电源构成闭合回路，流过S的电流逐渐增大，同时电源给Lr充电。

当达到某一稳态时，开关两边的电压为零。

当S断开时，流过Lr和L的电流方向不变，并且他们和R，C，电源，R1，Cr，VD1，构成回路，并且对Cr充电，达到某一稳态时VD两端电压下降为零，二极管VD导通。

此时，VD，L，R，C构成续流回路，电容Cr通过VD向Lr 充电，由于VD1的作用，使得流过R1的电流达到某一较大值时，VD1反向导通，使得开关S 两端的电压不会继续增大，起到保护开关的作用。

开关电源高频化和软开关技术开关电源高频化和软开关技术近年来, 电力电子技术发展迅猛, 直流开关电源广泛应用于计算机、航空航天等领域。

如今, 笨重型、低效电源装置已被小型、高效电源所取代。

为了实现电源装置的高性能、高效率、高可靠性,减小体积和重量, 必须实现直流开关电源的高频化。

直流开关电源的高频化不仅减小了功率变换器的体积, 增大了变换器的功率密度和性能价格比, 而且极大地提高了瞬时响应速度, 抑制了电源所产生的音频噪声, 从而已成为新的发展趋势。

然而功率变换器开关频率的进一步提高将受以下因素的限制: ①在通断瞬间切换过程中, 功率器件的开关应力。

②开关损耗。

③剧烈的d i/ d t 和d u/ d t 冲击及其产生的电磁干扰(EMI) 。

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。

为此先后有人提出了谐振变换器( resonantconverter) , 准谐振变换器(quasi resonant converter)和多谐振变换器(muti resonant converter) , 零开关PWM 变换器(zero switching PWM converter) , 零转换PWM变换器(zero transition PWM converter) 及无源无损缓冲电路(passive lossless snubber circuit) 等多种软开关技术。

谐振变换器谐振变换器实际上是直流开关电源负载谐振变换器, 在20世纪70 年代最早被提出来, 它通过在标准PWM变换器结构上简单地附加谐振网络的方法而得到。

准谐振软开关反激变换器的研究1 引言现代开关电源发展的一个重要方向是开关的高频化，因为高频化可以使开关变换器的体积、重量大大减小，从而提高变换器的功率密度。

提高开关频率可以降低开关电源的音频噪声，改善动态响应。

实现高频化，必须降低开关损耗，软开关技术是减少开关损耗的重要方法之一。

软开关是指零电压开关（Zero Voltage Switching,ZVS）或零电流开关(Zero Current Switching,ZCS)。

它应用谐振的原理使开关变换器中开关管的电压或电流按正弦或准正弦规律变化，当电压自然过零时，使器件开通；当电流自然过零时，使器件关断，实现开关损耗为零，从而可以使开关频率提高。

反激变换器在低功率场合应用十分广泛，但是，由于开关管存在容性开通损耗，限制了开关频率的提高。

原理上有很多种方法可实现软开关，但是大多数开关要承受很高的电压应力，因此不适合用于输入电压比较高的场合。

由反激变换器的工作原理可知，当电感电流工作在断续工作模式（DCM）下，在电感电流减小到零以后，开关两端电容与变压器原边电感产生谐振，本文将研究如何利用产生的谐振来实现开关管的软开关工作，减小开关管的开通损耗。

2 准谐振软开关反激变换器工作原理准谐振软开关反激变换器工作原理如图1所示。

其中L m为原边电感，L k为原边漏感，电容C d包括开关管Q的输出电容C oss，变压器的匝间电容以及电路中的其他一些杂散电容。

R p包括变压器原边绕组的电阻以及线路电阻。

图1 准谐振软开关反激变换器原理图根据反激变换器的工作原理，当电路工作在电感电流断续时，在开关管Q开通时，流过变压器原边的电流峰值有：I=t on （1）pk,p式中：V in为输入直流电压；L为初级电感L p=L m＋L k；pt为开关管导通时间。

on图2为电路工作在DCM模式下开关管Q上的v ds波形。

图2 DCM模式下开关v ds波形从图2可以看出，在开关管Q关断之后，Q两端会产生一个电压尖峰。

一种LLC谐振式软开关高频变换器研究与实现
马昭;刘浩
【期刊名称】《工业仪表与自动化装置》
【年(卷),期】2024()1
【摘要】该文对LLC谐振式高频变换器拓扑结构进行分析,详细推导了传统的LLC 谐振式变换器的直流电压增益模型,提出了考虑高频变压器寄生参数和谐振电感寄生参数的优化改进方法,建立数学模型分析得到了更为精确的直流电压增益模型,进一步得到了传统增益曲线和改进后直流增益曲线对比图。

以提出的改进增益模型为基础,对谐振网络归一化电感比K和品质因数Q进行详细设计,并得到了谐振槽参数的计算方法。

该文还对LLC谐振变换器的硬件结构进行介绍,根据LLC谐振变换器的指标,最终搭建了硬件试验平台。

试验结果表明,该LLC谐振式软开关高频变换器参数设计能够实现开关网络的零电压开通、整流网络零电流关断软开关功能。

【总页数】4页(P9-12)
【作者】马昭;刘浩
【作者单位】西安航空学院电子工程学院
【正文语种】中文
【中图分类】TM46
【相关文献】
1.零电压双LLC谐振软开关超高频感应加热电源变换器
2.一种高频隔离LLC谐振双向直流变换器的实现
3.LLC谐振软开关变换器的技术研究
4.新型LLC+LC双谐
振软开关变换器研究5.电动汽车直流充电系统LLC谐振变换器软开关电压边界分析
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具有功率因数校正和软开关的高频开关电源的设计的开题报告一、选题背景和意义高频开关电源作为一种广泛应用于各种电子设备的电源解决方案，近年来得到了越来越广泛的应用。

在实际应用中，高频开关电源有许多优点，如高效率、小型化、轻量化等。

但是，由于其工作频率较高，对电源电路本身的设计要求较高，同时其输出的电流和电压所谓强烈的脉动和谐波，给设备的可靠性和稳定性带来了很大的挑战。

因此，在设计高频开关电源时，需要考虑包括功率因数校正和软开关等在内的各种技术手段，以解决其固有的问题，提高其可靠性和稳定性，进而更好地满足实际应用的需要。

二、选题目标和内容本课题的目标是设计一种具有功率因数校正和软开关功能的高频开关电源。

其中，功率因数校正技术能够有效地提高电源的功率因数，降低输入电流谐波，提高电源的效率；软开关技术能够有效地减小输出电流谐波，改善电源的电磁兼容性和稳定性，降低故障率。

具体内容包括：1.设计高频开关电源的基本框架：包括输入滤波电路、整流电路、电容滤波器、逆变电路等。

2.设计功率因数校正电路：利用功率因数校正电路，对电网电流进行控制，使其与电压同频同相，实现电流和电压之间的正弦关系，提高功率因数。

3.设计软开关电路：利用软开关技术实现开关管的软起动和软关断，减小输出电流的谐波，降低设备的辐射干扰和电磁故障率。

4.进行电路模拟与仿真：通过电路模拟和仿真，验证电路设计的正确性和可行性，并优化电路参数和性能。

5.搭建实验平台和测试：基于设计的电路，搭建实验平台进行实验测试，验证电路的性能和可靠性，进一步优化电路设计。

三、预期成果和应用价值通过本课题的研究，预期可以实现一种具有功率因数校正和软开关功能的高频开关电源，并通过实验验证其性能和可靠性。

这种高频开关电源具有高效率、小型化、轻量化等优点，能够更好地适应各种电子设备的电源需求，具有广泛的应用前景。

同时，本课题研究所获得的技术经验和实验数据，还具有一定的研究价值和推广应用价值，能够为相关领域的学术和工程研究提供有益的参考和借鉴。

一种应用软开关技术的大功率开关电源的设计摘要：开关电源随着输出功率的提升无疑会导致开关管所承受的电压或电流增加，如果仅仅使用普通的脉宽调制技术，那么将会导致开关管的开关损耗大幅度的增加。

在硬开关环境下，传统开关器件的电磁干扰与开关损耗也较大，而软开关的出现就有效解决了这一问题。

软开关技术的发展，使开关损耗以及开关噪音都大大减少，电路的效率也有了很大的提高。

基于此，文章就一种应用软开关技术的大功率开关电源的设计进行分析。

关键词：软开关技术；大功率开关电源；设计方法1 软开关技术的工作原理软开关是以硬开关为基础的，是对传统硬开关的继承与改善。

和硬开关不同，软开关增加了一些谐振器件，包括小电感、电容等。

新增加的谐振器件构成了辅助换流网络，开关的条件也因此得到了很大的改善。

硬开关不仅会造成开关损耗，还会产生噪音，但随着开关条件的改善，这一问题也得到了妥善解决。

在软开关技术的支持下，开关损耗以及开关噪音都大大减少，电路的效率也因此有了很大的提高。

软开关主要包括两个方面，一是软开通，二是软关断。

软开通开关又可以称之为零电压开关，而软开断开关就是零电流开关，在运行过程中，一般先将电压下降到零，再将电流提升至通态值，这是理想的软开通过程。

理想的软开关过程是不会产生开关损耗与开关噪音的，符合低碳、节能、环保的要求。

2 软开关技术的分类2.1 谐振变换器谐振变换器的实质是负载谐振变换器，最早被提出来是在上世纪七十年代。

在标准脉宽调制变换器上附加谐振网络就会得到谐振变换器。

根据谐振元件的不同谐振方式，可以将谐振变换器分为串联皆振和并联谐振两大类变换器。

它的工作原理就是通过负载的谐振与谐振网络，调整经过开关元件的电压或电流，成为正弦波形，使开关元件在电流过零开通，在电压过零时关断，从而实现软开关的过程。

2.2 准谐振变换器和多谐振变换器上世纪八十年代初期，李泽元教授在美国的UPEC和众多研究人员一起研究提出了谐振开关。

基于软开关技术高频开关电源的研究的开题报告一、选题背景随着电子设备的发展，高频开关电源作为现代电子设备的一种新型电源，由于其具有体积小、效率高、质量轻等优点，已经成为不可或缺的电源之一。

然而，传统的开关电源使用硬开关技术，会引起频繁的开关损耗和较高的噪音水平，影响电源的稳定性和可靠性。

为了提高电源的稳定性和可靠性，降低系统噪音水平，软开关技术被引入到高频开关电源中。

因此，基于软开关技术的高频开关电源的研究具有重要的理论和应用价值。

本研究旨在研究软开关技术在高频开关电源中的应用及其相关机理，提高电源的效率和稳定性，同时降低系统噪音水平，为现代电子设备的发展提供有力的支持和保障。

二、研究内容及方法本研究主要包括以下内容：1、软开关技术的原理及其在高频开关电源中的应用。

2、高频开关电源的设计方法和优化策略。

3、软开关技术对高频开关电源效率和稳定性的影响。

4、软开关技术对高频开关电源噪音水平的影响及其降噪策略。

5、软开关技术在实际应用中的研究和应用前景。

本研究采用理论分析和实验研究相结合的方法，通过对软开关技术的理论分析和实际应用研究，探究其在高频开关电源中的应用和优化方法。

三、研究意义和预期目标本研究的意义在于通过对软开关技术在高频开关电源中的应用和优化研究，提高电源的效率和稳定性，降低系统噪音水平，为现代电子设备的发展提供有力支持和保障。

同时，为提高国内电源领域的科研水平做出贡献。

预期目标为：研究软开关技术在高频开关电源中的应用机理，设计并优化高效稳定的软开关高频开关电源电路；通过实验验证软开关技术在高频开关电源中的效果，提高电源效能，降低噪音水平；探究软开关技术在实际应用中的研究和应用前景。

四、研究计划第一年：理论研究及软开关高频开关电源电路设计和优化；第二年：实验验证软开关技术在高频开关电源中的效果；第三年：总结归纳软开关技术在高频开关电源中的应用及其研究前景。

五、参考文献1. 王伟. 电子电路原理及其应用教程. 2版. 北京:高等教育出版社,2014.2. 林录福, 刘嘉禾. 应用高频软开关电源技术的电路设计. 电子设计工程, 2013(12):166-168.3. 韩洋. 高频开关电源设计. 北京: 北京燕山出版社, 2016.4. 张文昌, 吴金印, 黄磊. 基于软开关技术的现代高效电源设计. 电源技术, 2007(3):42-47.5. 胡平. 高频开关电源的应用和发展前景. 互联网技术应用,2010(2):103-107.。

一种控制简单的谐振极型软开关逆变器【摘要】目前多数的谐振极型软开关逆变器拓扑结构中都设置了辅助开关器件来控制谐振过程，其控制方式要比原来的硬开关逆变器复杂。

为此提出了一种控制简单的谐振极型软开关逆变器，其拓扑结构中没有功率开关器件，用原来硬开关逆变器的SPWM控制方式就能自然实现开关器件的零电流开通和零电压关断，而且通过拓扑结构中的储能元件，在死区时间内，输出相电流可以续流，降低了死区的影响，减小了输出相电流在低频时的畸变率。

文中对其工作原理进行了分析，最后通过仿真和实验，验证了原理的正确性。

【关键词】软开关;死区时间;零电流开通;零电压关断1.引言随着电力电子变换器的应用领域不断扩大，对其各方面性能的要求也在不断提高。

为了改善电力电子装置的动态性能、提高单位体积的功率密度，使其高频化则是电力电子技术发展的方向。

但随着开关频率的提高，开关损耗急剧增大，使得变换器的效率严重下降，从而限制了电力电子装置变换频率的提高、性能的改善及应用领域的扩大。

为了减小开关损耗，提高效率，软开关技术被应用于电力电子系统中[1-5]。

本文提出了一种新型软开关三相逆变器，该逆变器没有使用额外的辅助开关器件、检测手段和控制策略。

用常规SPWM就能自然实现开关器件的零电流开通和零电压开关。

2.新回路的拓扑结构及基本动作原理2.1 回路的拓扑结构新回路如图1所示，Vd是直流电源，电解电容Cd0，Cd1，Cd2的作用是把电源电压Vd三等分，限制谐振过程中谐振电容的峰值电压，防止电容被过分充电。

S1～S6开通时，在耦合电感L1～L6的作用下，减缓电流的变化，实现S1～S6的零电流开通。

L1～L6在各自相上与Lf密结合，在开关关断后，把耦合电感储存的剩余能量释放到Cd0上。

谐振电感Lr1和Lr2在S1～S6导通时，分别与谐振电容Cr1和Cr2构成谐振电路，使S1～S6在关断时刻的端电压为零，实现S1～S6的零电压关断。

图1 三相谐振极逆变器主电路2.2 基本动作原理因为三相谐振电路是独立可控的，取电路的一相进行分析，其单相等效电路如图2所示，作为初始条件设电容Cr1的电压vCr1右侧为正，大小与Cd1的电压VCd1相等。

谐振软开关PWM
传统的PWM逆变电路中,电力电子开关器件硬开关的工作方式,大的开关电压电流应力以及高的du/dt和di/dt限制了开关器件工作频率的提高,而高频化是电力电子主要发展趋势之一,它能使变换器体积减小,重量减轻,成本下降,性能提高,特别当开关频率在18kHz以上时,噪声将已超过人类听觉范围,使无噪声传动系统成为可能.
谐振软开关PWM的基本思想是在常规PWM变换器拓扑的基础上,附加一个谐振网络,谐振网络一般由谐振电感,谐振电容和功率开关组成.开关转换时,谐振网络工作使电力电子器件在开关点上实现软开关过程,谐振过程极短,基本不影响PWM技术的实现.从而既保持了PWM技术的特点,又实现了软开关技术.但由于谐振网络在电路中的存在必然会产生谐振损耗,并使电路受固有问题的影响,从而限制了该方法的应用。