零电流开关和零电压开关

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）。

第53卷第7期2019年7月电力电子技术Power ElectronicsVol.53,No.7July2019零电压零电流不对称半桥反激开关变换器研究张可银，王彬，杨世航，吴庭金（中国航空工业集团公司雷华电子技术研究所，江苏无锡214063）摘要：介绍了一种不对称半桥反激开关变换器，分析了其工作原理和软开关条件，实现了主开关管的零电压开关（ZVS）和输出二极管的零电流开关（ZCS）,并使主开关管的电压应力不高于输入电压。

该电路应用LM5025A 控制芯片，简化了传统的驱动电路。

实验结果表明，该电路所需器件少，结构简单并实现了ZVZCS,效率高达92%。

关键词：变换器；零电压开关；零电流开关中图分类号:TM46文献标识码：A文章编号:1000-100X（2019）07-0122-03Study on Asymmetrical Half-bridge Flyback Converter With Zero Voltage Switching and Zero Current Switching OperationsZHANG Ke-yin,WANG Bin,YANG Shi-hang,WU Ting-jin(4VIC Leihua Electronic Technology Institute,Wuxi214063,China)Abstract:An asymmetrical half-bridge flyback converter is introduced by discussing its working principle and condi­tions of soft switching.This converter achieves zero voltage switching(ZVS)operation on power switches and zero cur­rent switching(ZCS)operation on output rectifier and the switch voltage stresses are no more than the input voltage. By using control chip LM5025A,the tranditional drive circuit is simplified.The test results show that ZVZCS is ac­hieved and the efficiency is obtained about92%.Keywords:converter；zero voltage switching；zero current switching1引言传统的反激式DC/DC变换器以其结构简单、性价比高而广泛用于中小功率场合。

电力电子技术期末考试试题及答案第1章电力电子器件1.电力电子器件一般工作在__开关__状态。

2.在通常情况下，电力电子器件功率损耗主要为__通态损耗__，而当器件开关频率较高时，功率损耗主要为__开关损耗__。

3.电力电子器件组成的系统，一般由__控制电路__、_驱动电路_、_主电路_三部分组成，由于电路中存在电压和电流的过冲，往往需添加_保护电路__。

4.按内部电子和空穴两种载流子参与导电的情况，电力电子器件可分为_单极型器件_、_双极型器件_、_复合型器件三类。

5.电力二极管的工作特性可概括为_承受正向电压导通，承受反相电压截止_。

6.电力二极管的主要类型有_普通二极管_、_快恢复二极管_、_肖特基二极管_。

8.晶闸管的基本工作特性可概括为__正向电压门极有触发则导通、反向电压则截止。

9.对同一晶闸管，维持电流IH与擎住电流IL在数值大小上有IL__大于IH。

10.晶闸管断态不重复电压UDSM与转折电压Ubo数值大小上应为，UDSM_小于__Ubo。

12.GTO的__多元集成__结构是为了便于实现门极控制关断而设计的。

13.MOSFET的漏极伏安特性中的三个区域与GTR共发射极接法时的输出特性中的三个区域有对应关系，其中前者的截止区对应后者的_截止区_、前者的饱和区对应后者的__放大区__、前者的非饱和区对应后者的_饱和区__。

15.IGBT的开关速度__小于__电力MOSFET16.按照驱动电路加在电力电子器件控制端和公共端之间的性质，可将电力电子器件分为_电压驱动型_和_电流驱动型_两类。

18.在如下器件：电力二极管（PowerDiode）、晶闸管（SCR）、门极可关断晶闸管（GTO）、电力晶体管（GTR）、电力场效应管（电力MOSFET）、绝缘栅双极型晶体管（IGBT）中，属于不可控器件的是_电力二极管__，属于半控型器件的是__晶闸管_，属于全控型器件的是_GTO、GTR、电力MOSFET、IGBT_；属于单极型电力电子器件的有_电力MOSFET_，属于双极型器件的有_电力二极管、晶闸管、GTO、GTR_，属于复合型电力电子器件得有IGBT_；在可控的器件中，容量最大的是_晶闸管_，工作频率最高的是_电力MOSFET，属于电压驱动的是电力MOSFET、IGBT_，属于电流驱动的是_晶闸管、GTO、GTR_。

开关整流器的根本原理一、填空1、功率变换器的作用是〔〕。

将高压直流电压转换为频率大于20KHZ的高频脉冲电压2、整流滤波器电路的作用是〔〕。

将高频的脉冲电压转换为稳定的直流输出电压3、开关电源控制器的作用是将输出〔〕取样，来控制功率开关器件的驱动脉冲的〔〕，从而调整〔〕以使输出电压可调且稳定。

直流电压、宽度、开通时间。

4、开关整流器的特点有〔〕、〔〕、〔〕、〔〕、〔〕、〔〕及〔〕。

重量轻、体积小、功率因数同、可闻噪声低、效率高、冲击电流小、模块式构造。

5、采用高频技术，去掉了〔〕，与相控整流器相比拟，在输出同等功率的情况下，开关整流器的体积只是相控整流器的〔〕，重量已接近〔〕。

工频变压器、1/10、1/10。

6、相控整流器的功率随可控硅〔〕的变化而变化，一般在全导通时，可接近〔〕以上，而小负载时，仅为0.3左右，经过校正的开关电源功率因数一般在〔〕，以上，并且根本不受〔〕变化的影响。

导通角、0.7、0.93。

7、在相控整流设备件，工频变压器及滤波电感工作时产生的可闻噪声较大，一般大于〔〕，而开关电源在无风扇的情况下，可闻噪声仅为〔〕左右。

60db、45db。

8、开关电源采用的功率器件一般〔比拟〕较小，带功率因数补偿的开关电源其整流器效率可达〔〕以上，较好的可做到〔〕以上。

88%、91%。

9、目前开关整流器的分类主要有两种，一类是采用〔〕设计的整流器，一般称之为〔〕，二是采用〔〕设计的整流器，主要指〔〕开关整流器。

硬开关技术、SMR、软开关技术、谐振型10、谐振型技术主要是使各开关器件实现〔〕或〔〕导通或截止，从而减少开关损耗，提高开关频率。

零电压、零电流。

11、按有源开关的过零开关方式分类，将谐振型开关技术分为〔〕—ZCS、〔〕—ZVS两大类。

12、单端正激变换电路广泛应用于〔〕变换电路中，被认为是目前可靠性较高，制造不复杂的主要电路之一。

13、单端反激变换电路一般用在〔〕输出的场合。

14、全桥式功率变换电路主要应用于〔〕变换电路中。

开关电源软开关技术原理简介开关电源是现代电子设备中常见的电源供应方式之一，具有高效率、小体积、轻便等优点。

而软开关技术作为一种先进的电源开关技术，被广泛应用于开关电源中，以提高其性能和可靠性。

本文将对软开关技术的原理进行简要介绍。

软开关技术是一种在开关电源中用于控制开关管导通和关断的技术。

传统的硬开关技术存在开关管开关速度慢、开关过程中会产生电压和电流的冲击等问题，而软开关技术则通过合理的控制开关管的导通和关断时机，以减小开关过程中的冲击，提高开关效率。

软开关技术主要包括零电压开关技术（ZVS）和零电流开关技术（ZCS）。

其中，ZVS技术是通过在开关管导通和关断时将电压降至零来实现的，而ZCS技术是通过在开关管导通和关断时将电流降至零来实现的。

在软开关技术中，ZVS技术是较为常见的一种。

其原理是利用谐振电路使得开关管在导通和关断时电压降至零，以减小开关过程中的电压冲击。

具体来说，当开关管导通时，谐振电路中的电容器充电，使得电压逐渐增加；而当开关管关断时，谐振电路中的电感器释放能量，使得电压逐渐降低，直至降至零。

通过合理设计谐振电路的参数和控制开关管的导通和关断时机，可以实现零电压开关，减小开关过程中的电压冲击。

与ZVS技术相比，ZCS技术在某些场合下更为适用。

ZCS技术的原理是利用谐振电路使得开关管在导通和关断时电流降至零，以减小开关过程中的电流冲击。

具体来说，当开关管导通时，谐振电路中的电感器储存能量，使得电流逐渐增加；而当开关管关断时，谐振电路中的电容器释放能量，使得电流逐渐降低，直至降至零。

通过合理设计谐振电路的参数和控制开关管的导通和关断时机，可以实现零电流开关，减小开关过程中的电流冲击。

总的来说，软开关技术通过合理控制开关管的导通和关断时机，以减小开关过程中的冲击，提高开关效率。

ZVS技术和ZCS技术是软开关技术中常用的两种实现方式。

在实际应用中，软开关技术可以提高开关电源的效率和可靠性，减小对其他电子元器件的损伤，同时也有利于降低电磁干扰和提高整体系统的抗干扰能力。

几种典型的软开关电路分享目前（电力电子）设备的发展趋势都是小型化，同时对装置的效率和（电磁兼容）性有着很高的要求。

设备向着高频化的方向发展，这样可以减小（滤波器）、变压器等器件的体积和重量，实现小型化和轻重化; 但是高频化带来了开关损耗增大、效率下降和电磁干扰增大等影响。

这就引出了我们今天要讨论的（话题）——软开关技术：降低开关损耗和开关噪声; 大幅度提高开关频率。

1软开关基本概念聊软开关之前，我们先说一下硬开关(嗯，不能太"硬"，哈哈)硬开关开关过程中电压、（电流）均不为零，出现了重叠，有显著的开关损耗; 电压和电流变化的速度很快，波形出现了明显的过冲，从而产生了开关噪声。

开关损耗(Eon+Eoff)与开关频率fsw之间呈线性关系，因此当硬电路的工作频率不太高时，开关损耗占总损耗的比例并不大，但随着开关频率的提高，开关损耗就越来越显著。

以降压型电路为例，了解一下硬开关：理想化波形针对开通和关断过程的波形说明如下：关断过程开通过程软开关软（开关电路）中增加了谐振电感Lr 和谐振（电容）Cr，与滤波电感L、电容C相比，Lr和Cr的值小得多，同时开关S增加了反并联（二极管）VDS，而硬开关电路中不需要这个二极管。

我们还以降压型电路为例，来了解一下软开关：降压型零电压开关准谐振电路中，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，消除了开关过程中电压、电流的重叠，从而大大减小甚至消除开关损耗，同时，谐振过程限制了开关过程中电压和电流的变化率，这使得开关噪声也显著减小。

关断过程开通过程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，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。

开关整流器的基本原理填空1、功率变换器的作用是（将高压直流电压转换为频率大于20KHZ的高频脉冲电压2、整流滤波器电路的作用是（）。

将高频的脉冲电压转换为稳定的直流输出电压3、开关电源控制器的作用是将输出（）取样，来控制功率开关器件的驱动脉冲的（），从而调整（）以使输出电压可调且稳定。

直流电压、宽度、开通时间。

4、开关整流器的特点有（）、（））、（）、（）、（）及（）重量轻、体积小、功率因数同、可闻噪声低、效率高、冲击电流小、模块式结构。

5、采用高频技术，去掉了（），与相控整流器相比较，在输出同等功率的情况下，开关整流器的体积只是相控整流器的（），重量已接近（）。

工频变压器、1/10、1/10。

6、相控整流器的功率随可控硅（）的变化而变化，一般在全导通时，可接近（）以上，而小负载时，仅为左右，经过校正的开关电源功率因数一般在（），以上，并且基本不受）变化的影响。

导通角、、。

7、在相控整流设备件，工频变压器及滤波电感工作时产生的可闻噪声较大，一般大于（），而开关电源在无风扇的情况下，可闻噪声仅为（）左右。

60db、45db。

8开关电源采用的功率器件一般（比较）较小，带功率因数补偿的开关电源其整流器效率可达（）以上，较好的可做到（）以上。

88% 91%9、目前开关整流器的分类主要有两种，一类是采用（）设计的整流器，一般称之为（），二是采用（）设计的整流器，主要指（）开关整流器。

硬开关技术、SMR软开关技术、谐振型10、谐振型技术主要是使各开关器件实现（）或（）导通或截止，从而减少开关损耗，提高开关频率。

零电压、零电流。

11、按有源开关的过零开关方式分类，将谐振型开关技术分为（）—ZCS（）—ZVS两大类。

12、单端正激变换电路广泛应用于（）变换电路中，被认为是目前可靠性较高，制造不复杂的主要电路之一。

13、单端反激变换电路一般用在（）输出的场合。

14、全桥式功率变换电路主要应用于（）变换电路中。

15、半桥式功率变换电路得到了较广泛的应用，特别是在（）和（）的场合，其应用越来越普遍。

软开关电路的分类软开关电路是一种可以实现多种功率应用的控制电路。

通过控制开关管的导通和截止，软开关电路能够在电路中保护电器，限制电路中的电流、电压波动。

软开关电路的主要分类包括零电压开关（ZVS）和零电流开关（ZCS）两种类型。

1.零电压开关（ZVS）零电压开关是一种通过对开关管的压力的管理来实现对电路中功率的控制的技术。

ZVS技术通过精确的控制，确保开关被关闭的同时，电路中的电压已经归零。

在这个操作过程中，电路中的电压和电流都保持平稳，不存在过大的波动。

零电压开关是一种无损功率的技术，具有高效和节能的特点。

在实现零电压开关技术的电路中，主电源和电感器构成环路。

控制元件通过传感器获取实时的环路信息，然后对控制元件进行数字信号处理，最终实现对开关管的控制。

2.零电流开关（ZCS）零电流开关是一种控制电路，使用的是零电流损耗的技术来实现控制。

与零电压开关不同的是，零电流开关的控制物理量是电流，通过对电路中的电流进行控制，实现对功率的控制。

在零电流开关电路中，控制元件通过感应线圈获取电流信号，并通过数字信号处理器控制开关。

当电流变化时，数字信号处理器可以快速响应，并实时调整开关元件的状态，以实现对电路中的功率控制。

总结：软开关电路在电路控制技术中发挥着重要作用，随着技术的发展，软开关电路的种类也越来越多。

其中，零电压开关和零电流开关是比较常见的两种类型，它们各有优缺点，在不同的应用场景中选择不同类型的软开关电路是非常重要的。

同时，我们也需要注意软开关电路实际运行过程中的电气安全问题，避免电路不稳定造成安全隐患。