电力电子系统的软开关技术应用

电力电子软开关技术综述石黄霞;何颖;董晓红【期刊名称】《微处理机》【年(卷),期】2013(034)004【摘要】采用软开关技术降低开关损耗、耐压以及电磁干扰,进一步提高开关频率对电力电子技术的发展是非常重要和关键的方法.概述了软开关技术的产生、功能、分类及其特性等.对准谐振变换电路、零开关PWM变换电路和零转换PWM变换电路的拓扑结构和工作原理进行了分析讨论.%For the development of power and electronic technology,it's very important to decrease the switching power loss,voltage resistance and electromagnetic interfere by the soft switching technology for increasing the switch frequency further.This paper describes the soft switch technology ofgeneration,function,classification and function,etc.The topology structure and working principle of the quasiresonant converter circuit,the zero-switching PWM convert circuit and the null transformation PWM convert circuit are analyzed and discussed.【总页数】6页(P1-6)【作者】石黄霞;何颖;董晓红【作者单位】新疆工程学院电气与信息工程系,乌鲁木齐830091;新疆工程学院电气与信息工程系,乌鲁木齐830091;新疆工程学院电气与信息工程系,乌鲁木齐830091【正文语种】中文【中图分类】TP23【相关文献】1.电力电子高频软开关技术特点及其应用 [J], 樊润洁;李金堂2.现代电力电子技术中的软开关技术 [J], 朱建林3.软开关技术在现代电力电子控制电路中的应用和发展 [J], 王德常4.采用电力电子集成技术的软开关PFC电路的研究 [J], 陈文洁;杨拴科;杨旭;王兆安5.高频电力电子电路之无源软开关技术的研究 [J], 林周布因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。

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。

电力电子试题及答案一、单项选择题（每题2分，共10分）1. 电力电子技术中，用于将交流电转换为直流电的设备是：A. 变压器B. 整流器C. 逆变器D. 稳压器答案：B2. 下列哪个不是电力电子器件？A. 晶闸管B. 绝缘栅双极晶体管（IGBT）C. 继电器D. 功率MOSFET答案：C3. 电力电子技术中，PWM调制的全称是：A. 脉冲宽度调制B. 脉冲频率调制C. 脉冲密度调制D. 脉冲相位调制答案：A4. 电力电子变换器中，升压变换器的输出电压与输入电压的关系是：A. 输出电压低于输入电压B. 输出电压等于输入电压C. 输出电压高于输入电压D. 输出电压与输入电压无关答案：C5. 在电力电子应用中，软开关技术的主要作用是：A. 提高系统的功率因数B. 减少开关损耗C. 提高系统的稳定性D. 降低系统的噪声答案：B二、填空题（每题2分，共10分）1. 电力电子技术中，_________器件是实现交流到直流转换的关键。

答案：整流器2. 电力电子变换器的效率可以通过_________来提高。

答案：软开关技术3. 电力电子技术在_________和_________领域有着广泛的应用。

答案：能源转换；电机控制4. 电力电子技术中，_________调制是一种常用的控制策略。

答案：PWM5. 电力电子变换器中的_________变换器可以将直流电转换为交流电。

答案：逆变器三、简答题（每题5分，共20分）1. 简述电力电子技术在现代电力系统中的作用。

答案：电力电子技术在现代电力系统中起着至关重要的作用，包括提高电能的传输效率、实现电能的高效转换、优化电力系统的稳定性和可靠性、以及支持可再生能源的接入和利用。

2. 描述PWM调制在电力电子变换器中的应用。

答案：PWM调制在电力电子变换器中应用广泛，主要用于控制逆变器的输出电压和频率。

通过调整脉冲的宽度，可以控制输出电压的大小，同时通过改变脉冲的频率，可以控制输出电压的频率。

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。

电机控制软开关技术要求
电机控制软开关技术是一种用于控制电机的技术，其主要目的是实现电机的高效、可靠和精确控制。

以下是一些常见的电机控制软开关技术要求：
1. 效率和能耗：软开关技术应能够提高电机的效率，降低能耗。

通过优化开关动作，可以减少开关损耗，提高能量转换效率。

2. 噪声和振动：软开关技术应能够减少电机运行过程中的噪声和振动。

通过平滑的开关动作，可以降低电磁干扰和机械振动，提高电机的运行平稳性。

3. 可靠性和寿命：软开关技术应具有高可靠性和长寿命。

它应该能够承受电机运行过程中的电应力、热应力和机械应力，并具有良好的耐久性。

4. 控制精度和响应速度：软开关技术应能够提供高精度的电机控制，确保电机的转速、转矩和位置等参数能够准确地控制和调节。

同时，响应速度也是一个重要的要求，能够快速响应控制信号。

5. 兼容性和可扩展性：软开关技术应与现有的电机控制系统和硬件兼容，并具有一定的可扩展性，以便适应不同类型和规格的电机。

6. 保护功能：软开关技术应具备适当的保护功能，如过流保护、短路保护、过热保护等，以确保电机和控制系统的安全运行。

7. 调试和监测：软开关技术应提供方便的调试和监测手段，以便对电机的运行状态进行实时监测和故障诊断。

这些要求是电机控制软开关技术的一般准则，具体的技术要求可能会根据应用场景和特定需求而有所不同。

在选择和应用电机控制软开关技术时，应根据实际情况进行评估和选择，以满足特定的控制要求。

请注意，这只是一些常见的要求，具体的电机控制软开关技术可能会有其他特定的要求。

zvs软开关原理ZVS软开关原理ZVS软开关，也称零电压开关，是一种常用于电力电子系统中的开关技术。

它通过控制电压和电流的切换，实现高效能的能量转换。

本文将详细介绍ZVS软开关的原理及其工作过程。

一、ZVS软开关的基本原理ZVS软开关利用谐振现象，将开关管在零电压关闭和开启状态之间切换，以降低开关管的开关损耗和提高系统效率。

其基本原理如下：1. 谐振电路：ZVS软开关采用谐振电路，由电感L和电容C组成。

在开关管关闭时，电流通过电感L开始上升，同时电容C开始充电。

当电流达到峰值时，开关管打开，此时电容C开始放电，电感L中的电流开始减小。

2. 零电压关闭：在电容C放电的过程中，当电感L中的电流减小到零时，此时开关管可以被轻松关闭，实现零电压关闭。

这样可以避免开关管在高电压状态下关闭，减少开关管的损耗。

3. 零电压开启：在电容C放电完成后，当电流再次增大到峰值时，开关管可以被轻松打开，实现零电压开启。

这样可以避免开关管在高电压状态下开启，减少开关管的损耗。

二、ZVS软开关的工作过程ZVS软开关的工作过程可以分为两个阶段：充电阶段和放电阶段。

1. 充电阶段：当输入电压施加到谐振电路时，电感L和电容C开始工作。

电容C开始充电，电感L中的电流逐渐增大。

在这个阶段，开关管处于导通状态，电流通过开关管和电感L。

2. 放电阶段：当电容C充电完成后，电感L中的电流开始减小。

当电流减小到零时，开关管可以被关闭，实现零电压关闭。

在这个阶段，电容C开始放电，电流通过电容C和负载。

通过充电和放电阶段的切换，ZVS软开关实现了高效能的能量转换。

当谐振电路的频率和输入电压频率匹配时，ZVS软开关的效果更好。

三、ZVS软开关的应用ZVS软开关广泛应用于电力电子系统中，特别适用于高功率、高频率的应用。

以下是几个典型的应用领域：1. 电力变换器：ZVS软开关可以用于DC-DC变换器和DC-AC逆变器中，提高变换器的效率和稳定性。

2. 电力供应系统：ZVS软开关可以用于电力供应系统中的开关电源、逆变器和整流器等，实现高效能的能量转换和稳定的电压输出。

课题了解软开关技术课时2课时(90min)教学目标知识目标：了解软开关技术。

技能目标：能正确测试零电流开关准谐振电路。

素质目标：（1）树立民族自尊1＞、自豪感和文化自信.教学重难点教学重点：软开关的工作原理，典型软开关电路的构成和工作原理教学难点：典型软开关电路的构成和工作原理教学方法讲授法、问答法、讨论法、实践教学法教学用具电脑、投影仪、多媒体课件、教材教学过程主要教学内容及步骤考勤【教师】使用APP进行签到【学生】班干部报请假人员及原因任务导入【教师】提出问题，随机邀请学生回答你听说过软开关吗？了解什么是软开关和软开关的应用场合吗？【学生】聆听、思考、回答【教师】总结学生回答，讲述“任务导入”的相关内容现代电力电子技术的进步对电力电子装置的性能提出了更高的要求，电力电子装置将会朝着小型化、轻星化的方向发展,并且要求有更高的效率和良好的电磁兼容性，而实现上述目标的有效途径就是提高电路的工作频率.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也增加了开关损耗和电磁干扰。

而软开关应用谐振的原理，使开关器件中的电流（或电压）按正弦或准正弦规律变化，在电流自然过零时使器件关断（或电压为零时，使器件开通），有效地减少了开关损耗，同时还能解决由硬开通引起的电磁干扰问题。

软开关技术的发展和应用使电力电子装置的高效率、高可靠性、高频化和小型轻量化成为可能。

【学生】聆听、理解、记忆传授新知【教师】讲解新知6.3.1软开关的工作原理1.硬开关与软开关根据开关器件工作状态的不同，可将其分为硬开关和软开关两种。

I）硬开关的开关过程【教师】展示“硬开关的工作波形”图片（详见教材），讲解新知硬开关是指开关器件在开通和关断过程中，流过器件的电流和器件两端的电压同时发生变化.在硬开关的开关过程中，会出现电压与电流重叠的情况，导致开关损耗的产生。

同时，由于电压、电流的变化剧烈，因此在硬开关的工作波形上出现明显的过冲，导致开关噪声的产生。

一种新颖的软开关双向DCDC变换器一、背景技术DCDC变换器是一种将直流电压转换为另一个直流电压的电力电子装置。

传统的DCDC变换器采用硬开关技术，即开关在导通和关断时都会产生较大的损耗和噪声。

这不仅降低了变换器的效率，还会产生电磁干扰，影响周边设备的正常运行。

为了解决这些问题，软开关技术被引入到DCDC变换器中。

软开关技术通过控制开关的导通和关断时间，降低开关损耗和噪声，从而提高变换器的效率并减少对周边设备的影响。

本文所介绍的软开关双向DCDC变换器正是基于这一技术发展而来的。

二、新型软开关双向变换器介绍该双向DCDC变换器的基本工作原理，包括其如何实现能量在两个方向上的转换。

详细描述其独特的软开关技术，以及这种技术如何减少开关损耗，提高效率。

描述该新型变换器的电路拓扑结构，包括主要的电力元件如开关器件、电感、电容等的连接方式。

解释电路设计如何实现软开关操作，以及电路的灵活性和可扩展性。

阐述该双向变换器的控制策略，包括如何精确控制开关动作以实现软开关条件，以及如何管理能量流向，确保能量转换的高效和稳定。

对比传统硬开关变换器和新型软开关双向变换器的性能，包括效率、功率密度、热管理等方面的优势。

强调新型变换器在特定应用场景下的性能提升。

如果可能，提供实验数据或仿真结果来验证新型软开关双向变换器的性能。

展示其在实际应用中的潜力和效果，以及与传统技术的对比。

探讨该新型变换器在不同领域的应用前景，如电动汽车、可再生能源系统、电力电子设备等。

讨论其如何满足未来能源管理和存储的需求。

三、性能优势与传统的硬开关DCDC变换器相比，这种新颖的软开关双向DCDC 变换器具有多项性能优势：高效率：由于采用了软开关技术，开关损耗大幅降低，整个变换器的效率得到了显著提高。

低噪声：由于辅助开关实现了软开关功能，开关过程中产生的噪声大幅减少，从而降低了对周边设备的影响。

稳定性好：由于采用了双向输电技术，该变换器可以在不同的输入和输出条件下保持稳定的输出，使其在许多电力电子设备中具有广泛的应用前景。

如何实现IGBT的软开关的应用开发一、IGBT溉述正常IGBT的工作频率在1020kHz，其开关速度比GTO、IGCT快得多。

在交流电动机变频调速中，它是较好的选择。

它在中小容量装置中淘汰功率双极晶体管（GTR）已成定论。

IEGT在高电压领域中保持快速开关特性。

在20世纪末，采用特殊结构和特殊少子寿命控制（如质子注入加特殊退火工艺规范）的IGBT，在6001200V电压水平下，使工作频率达到150kHz（硬开关）和300kHz（软开关），被称为霹雳型IGBT。

它们将在开关电源中与功率MOSFET竞争，以其导通压降小，电流密度大，电压等级高，成本低等优点占有优势。

今后十年的开关电源，也许这种IGBT的市场份额将会扩大。

二、零电压IGBT软开关1、硬开关与软开关（1）硬开关：开关的开通与关断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。

（2）软开关：在主电路中加上小电感或电容等谐振元件，这样开关管的通、断前后引入谐振，开关条件得到改善，从而降低开关损耗和开关噪声。

2、电压IGBT软开关IGBT是功率MOSFET和双极型晶体管组成的复合器件，IGBT比起MOSFET的优越性在于它可以节约硅片的面积及具有双极型晶体管的电流特性。

3、电路组成感应加热电源随着工业的发展要求，其功率越做越大。

这样，在中小功率场合广泛应用的MOSFET已不能满足功率要求。

在高压大功率的电源上，IGBT成为主角。

可是IGBT具有较大的功率损耗。

我们在移相全桥PWM硬开关的基础上，增加一个谐振电感，形成了应用IGBT的PBZVSPWM变换器。

4、输入低电压限制该电源的最低输入电压为320V，当输入的电压低于正常工作需要的最低电压时，正常的。