什么叫做零电压开关

LLC原理讲解与传统PWM（脉宽调节）变换器不同，LLC是一种通过控制开关频率（频率调节）来实现输出电压恒定的谐振电路。

它的优点是：实现原边两个主MOS开关的零电压开通(ZVS)和副边整流二极管的零电流关断(ZCS)，通过软开关技术，可以降低电源的开关损耗，提高功率变换器的效率和功率密度。

学习并理解LLC，我们必须首先弄清楚以下两个基本问题：1.什么是软开关；2.LLC电路是如何实现软开关的。

由于普通的拓扑电路的开关管是硬开关的，在导通和关断时MOS管的Vds电压和电流会产生交叠，电压与电流交叠的区域即MOS管的导通损耗和关断损耗。

如图所示：为了降低开关管的开关损耗，提高电源的效率，有零电压开关(ZVS) 和零电流开关（ZCS)两种软开关办法。

1零电压开关 (ZVS)开关管的电压在导通前降到零，在关断时保持为零。

2零电流开关（ZCS)使开关管的电流在导通时保持在零，在关断前使电流降到零。

由于开关损耗与流过开关管的电流和开关管上的电压的成绩（V*I）有关，当采用零电压ZVS导通时，开关管上的电压几乎为零，所以导通损耗非常低。

►Vin为直流母线电压，S1，S2为主开关MOS管（其中Sc1和Sc2分别为MOS管S1和S2的结电容，并联在Vds上的二极管分别为MOS管S1和S2的体二极管），一起受控产生方波电压；►谐振电容Cr 、谐振电杆Lr 、 励磁电杆Lm一起构成谐振网络；►np，ns为理想变压器原副边线圈；►二极管D1, 二极管D2，输出电容Co一起构成输出整流滤波网络。

那么LLC电路是怎么实现软开关的呢？要实现零电压开关，开关管的电流必须滞后于电压，使谐振槽路工作在感性状态。

LLC 开关管在导通前，电流先从开关MOS管的体二极管（S到D）内流过，开关MOS 管D­S之间电压被箝位在接近0V（二极管压降），此时让开关MOS管导通，可以实现零电压导通；在关断前，由于D­S 间的电容电压为0V而且不能突变，因此也近似于零电压关断（实际也为硬关断）。

移相全桥零电压开关PWM电路图：
波形图：
原理： t0~t1时段，S1和S4都导通，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r L 、L 构成谐振回路。

谐振开始时i A U t u =)(
1 ，在谐振的过程中，0=A u ，S2VD 导通，电流Lr i 通过S2VD 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S2VD 正处于导通状态，因此S2开通时电压为零，开关过程中不会产生开关损耗，S2开通后电路状态不会改变，继续保持到t3时刻S4关断。

t3~t4时段：t3时刻开关S4关断后，这时变压器二次整流侧1VD 和2VD 同时导通，变压器一次和二次电压均为零，相当于短路，因此变压器一次侧Cs3、Cs4与r L 构成谐振回路。

谐振电感r L 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S3VD 导通。

这种状态维持到S3
开通。

S3开通前S3VD 导通，因此S3是在零电压的条件下开通，开通损耗为零。

t4~t5时段：S3开通后，谐振电感r L 的电流继续减小。

电感电流Lr i 下降到零后，便反向，不断增大，直到t5时刻T L Lr k I i / ，变压器二次侧整流管VD1的电流下降到零反而关断，电流L I 全部移到VD2中。

t0~t5时段正好是开关周期的一半，而在另一半开关周期t5~t0时段中，电路的工作过程与t0~t5时段完全对称。

第7章 思考题与习题7.1高频化的意义是什么？为什么提高开关频率可以减小滤波器和变压器的体积和重量？答：高频化可以减小滤波器的参数，减小变压器的体积从而使装置小型化、轻型化； 提高开关频率，可以减小滤波器的电感和电容的参数，减小滤波器的体积和重量；当变压器输入正弦波时，fNBS U 44.4 ，频率升高时，可以减小N 和S 的参数，从而减小变压器各绕组的匝数和铁心的尺寸，使变压器的体积减小，重量减轻，。

7.2何谓软开关和硬开关？怎样才能实现完全无损耗的软件关过程？答：如果开关器件在其端电压不为零时开通则称为硬件通，在其电流不为零时关断则称为硬关断。

硬开通、硬关断统称为硬开关。

在硬开关过程中，开关器件在较高电压下承载有较大电流，故产生很大的开关损耗。

如果在电力电子变换电路中采取一些措施，如改变电路结构和控制策略，使开关器件被施加驱动信号而开通过程中其端电压为零，这种开通称为零电压开通；若使开关器件撤除其驱动信号后的关断过程中其承载的电流为零，这种关断称为零电流关断。

零电压开通和零电流关断是最理想的软开关，其开关过程中无开关损耗。

如果开关器件在开通过程中端电压很小，在关断过程中其电流也很小，这种开关过程的功率损耗不大，称之为软开关。

7.3零开关，即零电压开通和零电流关断的含义是什么？答：使开关开通前的两端电压为零，则开关导通过程中就不会产生损耗和噪声，这种开通方式为零电压开通；而使开关关断时其电流为零，也不会产生损耗和噪声，称为零电流关断。

7.4试分析图题7.4两个电路在工作原理上的差别，并指出它们的异同点。

图题7.4答：相同点：都是零电压开关准谐振电路。

不同点：（a ）图在（b ）图软开关的电容上串了一个电阻，7.5软开关电路可以分为哪几类？其典型拓扑分别是什么样的？各有什么特点？答：准谐振变换电路、零开关PWM 变换电路和零转换PWM 变换电路。

见教材“7.1 , 7.2”7.6准谐振变换器与多谐振变换器的区别是什么？答：准谐振变换电路分为零电压开关准谐振变换电路（ZVS QRC ）与零电流开关准谐振变换电路（ZCS QRC ）。

什么是软开关?软开关的分类凡用控制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,理想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根底上，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。

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方式来控制。

ZVS零电压开关电路原理与设计一、初识ZVSZVS是什么，度娘查的为”零电压开关(Zero Voltage Switch)“。

即开关管关断时，开关管导通时，其两端的电压已经为0。

这样开关管的开关损耗可以降到最低。

我们平时使用的电磁炉和LLC电源都是这种谐振电源，普通的充电器等都是硬开关的，比这种谐振电源损耗要大些。

所以ZVS可以做到很高效率，但是有一个缺点，就是其调节范围一般都比较窄。

例如电磁炉，当我们把功率调到比较大时，为持续加热；当功率调的较小时，就开始断断续续加热，因为那个时候已经不能达到谐振状态了。

像我们普通充电器那种硬开关的电源，不管空载和满载都是持续震荡的。

初次看到ZVS电路，我惊呆了，两个MOS管加几个电阻电容就能组成谐振开关。

真是佩服人民的想象力啊。

该电路只需要少量元件即可达到零电压开关。

功率有人做到2KW以上，几百瓦的话两个开关管只需加小型散热器即可。

于是花了几天时间对ZVS电路进行了下深入研究，让大家明白其工作原理。

一、基本电路现在我们来进行分析其原理，首先使用proteus仿真电路进行仿真。

二、原理图分析1. 上电时L1通入的电流为零，电源通过R1、R2是Q1、Q 2导通，L1电流逐渐增加，由于两个开关管特性差异，将导致流入两个开关管的电流不同，假设Q1电流大于Q2电流，T1将产生b为正，a为负的感应电压，于是通过T1形成正反馈，使Q1导通，Q2截止。

完成启动过程。

2. （t0~t1时间）稳态Q1导通时，由于上个周期T1电流为a到c，并且C 1两端电压为零。

由于电流不能突变，T1电流将对C1充电，C1逐渐为a负c正的电压，并且正弦变大，T1电流正弦变小。

此时a电压被Q1下拉到0V，所以C点电压正弦变大，Q1栅极电压被D3稳压管钳位，Q1时钟保持导通。

3. （t1时间）当T1中电流下降为零，其能量全部释放到C1，此时C1电压达到最大值。

4. （t1~t2时间）C1开始通过T1由c到a放电，C1电压即c点电压正弦变小，T1电流由c到a正弦变大。

开关电源有哪些类型-开关电源的主要类型开关电源有哪些类型-开关电源的主要类型现代开关电源有两种：一种是直流开关电源;另一种是交流开关电源。

下面，店铺就为大家讲讲开关电源的主要类型，快来看看吧!直流开关电源，其功能是将电能质量较差的原生态电源(粗电)，如市电电源或蓄电池电源，转换成满足设备要求的质量较高的直流电压(精电)。

直流开关电源的核心是DC/DC转换器。

因此直流开关电源的分类是依赖DC/DC转换器分类的。

也就是说，直流开关电源的分类与DC/DC转换器的分类是基本相同的，DC/DC 转换器的分类基本上就是直流开关电源的分类。

直流DC/DC转换器按输入与输出之间是否有电气隔离可以分为两类：一类是有隔离的称为隔离式DC/DC转换器;另一类是没有隔离的称为非隔离式DC/DC转换器。

隔离式DC/DC转换器也可以按有源功率器件的个数来分类。

单管的DC/DC转换器有正激式(Forward)和反激式(Flyback)两种。

双管DC/DC转换器有双管正激式(DoubleTransistor Forward Converter)，双管反激式(Double Transistr Flyback Converter)、推挽式(Push-Pull Converter) 和半桥式(Half-Bridge Converter)四种。

四管DC/DC 转换器就是全桥DC/DC转换器(Full-Bridge Converter)。

非隔离式DC/DC转换器，按有源功率器件的个数，可以分为单管、双管和四管三类。

单管DC/DC转换器共有六种，即降压式(Buck)DC/DC转换器，升压式(Boost)DC/DC转换器、升压降压式(Buck Boost)DC/DC转换器、Cuk DC/DC转换器、Zeta DC/DC转换器和SEPIC DC/DC转换器。

在这六种单管DC/DC转换器中，Buck和Boost式DC/DC转换器是基本的，Buck-Boost、Cuk、Zeta、SEPIC式DC/DC转换器是从中派生出来的。

1．脉宽调制（Pulse Width Modulation–PWM）开关电源中常用的一种调制控制方式。

其特点是保持开关频率恒定，即开关周期不变，改变脉冲宽度，使电网电压和负载变化时，开关电源的输出电压变化最少。

2．占空比（Duty Cycle Ratio）一个周期T内，晶体管导通时间t oN所占比例。

占空比D=t oN/T。

3．硬开关（Hard Switching）晶体管上的电压（或电流）尚未到零时，强迫开关管开通（或关断），这是开关管电压下降（或上升）和电流上升（或下降）有一个交叠过程，因而，开关过程中管子有损耗，这种开关方式称为硬开关。

4．软开关（Soft Switching）使晶体管开关在其中电压为零时开通，或电流为零关断，从而在开关过程中管子损耗接近于零，这种开关方式称为软开关。

5．谐振（Resonance）谐振是交流电路中的一种物理现象。

在理想的（无寄生电阻）电感和电容串联电路输入端，加正弦电压源，当电源的频率为某–频率时，容抗与感抗相等，电路阻抗为零，电流可达无穷大，这一现象称为串联谐振。

同理，在理想的LC并联电路加正弦电流源时，电路的总导纳为零，元件上的电压为无穷大，称为并联谐振。

电路谐振时有两个重要参数：谐振频率–谐振时的电路频率，w0=1／√LC，称为谐振频率。

特征阻抗–谐振时，感抗等于容抗。

其值为：Zo=√L／C,称为特征阻抗。

当LC串联突加直流电压时,电路中电流按正弦规律无阻尼振荡，其频率即电路的谐振频率,或称振荡频率.6．准谐振（Quasi–Resonance）对于有开关的LC串联电路，当电流按谐振频率振荡时，如果开关动作，使电流正弦振荡只在一个周期的部分时间内发生，电流呈准正弦，这一现象称为准谐振。

同样，在LC并联电路中，借助开关动作，也可获得准谐振。

7．零电压开通（Zero–Voltage–Switching，简称ZVS）利用谐振现象，在开关变换器中器件电压按正弦规律振荡到零时，使器件开通，称为ZVS。

他激ZVS-RCC 式零电压软开关开关电源充电器的研究与实践关键词：自激振荡，无源、无辅助开关准谐振，零电压开关（ZVS ），PWM 自适应同步，分布电容电流尖刺消除。

一、小功率AC/DC 开关电源的技术现状：现有离线式小功率AC/DC 开关电源从线路结构形式来分类大致有正激式、反激式、 半桥式等等几种；按驱动结构分类大致有自激式、它激式；按控制结构分类大致有PWM 控制、PFM 控制。

AC/DC 开关电源从核心技术上讲主要是控制方式。

PWM 控制方式制作的开关电源是当今开关电源方式制作的主流。

由于PWM 控制方式控制特性好，控制电路较简单，控制频率固定，成本低，在小功率开关电源中应用广泛。

但随着对开关电源的高功率密度，高可靠性、低成本要求的市场需求，对硬开关PWM 控制电路提出了挑战。

由于主开关器件结电容，变压器及线路板的分布电容的不可避免。

硬开关PWM 控制电路暴露出了主开关器件随功率增大、频率进一步提高损耗会明显增大的缺点，表现为主开关器件温升高，影响了开关电源的可靠性，且变换效率无法再进一步提高。

常规（非正向式）硬开关PWM 控制线路的主开关电压、电流波形（图1）及功耗分析：由以上V/I 波形可以看到，两种电路的波形有一个共同的特点：在主开关开通（T on ）时，都有一电流上冲尖刺，并且尖刺电流与主开关电压波形明显重叠。

在主开关关断（T off ）时，主开关电压和电流波形明显重叠。

正是由于这种重叠的存在，使主开关的动态损耗在电流大及频率高时更加严重。

Vin Vin Vf Vf 0重负载时主开关V /I 波形轻负载时主开关V /I 波形 图1：主开关电压、电流波形如果用一个MOSFET作主开关，这个MOSFET的C oss为300P，变压器及线路板的分布电容为100P，Cr总共为400P，假设频率f=100KHz。

由线路原理可知，MOSFET在开通时的电压（即Cr上的电压）为V f=V in+V clamV clam=N·(V out+V d+V tsr),V f：MOSFET漏极上的回扫电压，V in：电源的DC输入电压，N：变压器初次级匝比，V out：输出DC电压，V d：输出整流二极管上的压降，V tsr：变压器次级绕组上内阻引起的压降，得到：V f=V in+ N·(V out+V d+V tsr)假设有一回扫线路V f= V in+N·(V out+V d+V tsr)=310+10×(12+1+0.2)=442(V),V cr=V f=442V,MOSFET开通（Ton）时Cr电容的损耗可用下式计算：P cr=（C r·V cr2·f）/2代入计算：P cr= (400×10-12×4422×100×103 )/2=7.81456/2=3.90728(w)≈4W。