船电技术Ｉ控制技术 Ｖｏｌ－３１ Ｎｏ．５ ２０１１．５
双向ＤＣ．ＤＣ变换器软开关技术研究
高晓峰汪伟石媛
ｆ中国船舶重工集团公司七一二研究所，武汉４３００６４）
摘要：本文分析了移相全桥ＺＶＳ变换技术的工作原理，给出了谐振电感的选取条件，采用双向ＤＣ・ＤＣ
变换的移相控制策略对设计电路进行了仿真，仿真结果验证了理论分析的正确性。
关键词：双向ＤＣ ＤＣ变换器移相控制 零电压
中图分类号：ＴＭ４６ 文献标识码：Ａ 文章编号：１００３—４８６２（２０１１）０５—０００８—０３
Ｒｅｓｅａｒｃｈ ｏｎ Ｓｏｆｔ Ｓｗｉｔｃｈ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ｏｆ Ｂｉ－ｄｉｒｅｃｔｉ０ｎａｌ
ＤＣ．ＤＣ Ｃｏｎｖｅｒｔｅｒ
Ｇａｏ Ｘｉａｏｆｅｎｇ，Ｗａｎｇ Ｗｅｉ，Ｓｈｉ Ｙｕａｎ
（Ｗｕｈａｎ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ ｏｆＭａｒｉｎｅ Ｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｐｒｏｐｕｌｓｉｏｎ，ＣＳＩＣ，Ｗｕｈａｎ ４３００６４，Ｃｈｉｎａ）
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅ ｓｗｉｔｃｈｉｎｇ ｐｒｏｃｅｓｓ ｏｆ ｔｈｅ ｐｈａｓｅ—ｓｈｉｆｔ ｆｕｌｌ ｂｒｉｄｇｅ ＺＶＳ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ｉｓ ａｎａｌｙｚｅｄ ｉｎ ｔｈｅ ｐａｐｅｒ．
Ｂａｓｅｄ ｏｎ ｉｔ，ｔｈｅ ｍｅｔｈｏｄ ｏｆ ｃｈｏｏｓｉｎｇ ｒｅｓｏｎａｎｃｅ ｉｎｄｕｃｔｏｒ ｉｓ ｇｉｖｅｎ．Ｔｈｅ ｄｅｓｉｇｎ ｃｉｒｃｕｉｆ ｉｓ ｓｉｍｕｌａｔｅｄ ｗｉｔｈ
ｐｈａｓｅ—ｓｈｉｆｔ ｃｏｎｔｒｏｌ ｓｔｒａｔｅｇｙ ｏｆｂｉ—ｄｉｒｅｃｔｉｏｎａｌ ＤＣ－ＤＣ ｃｏｎｖｅｒｔｅｒ ａｎｄ ｔｈｅ ｓｔｒａｔｅｇｙ ｉｓ ｖｅｒｉｆｉｅｄ ｂｙ ｔｈｅ ｒｅｓｕｌｔｓ．
Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｂｉ・－ｄｉｒｅｃｔｉｏｎａｌ，＂ＤＣ／ＤＣ ｃｏｎｖｅｒｔｅｒ，＂ｐｈａｓｅ—－ｓｈｉｆｔ ｃｏｎｔｒｏｌ，＂ｚｅｒｏ－－ｖｏｌｔａｇｅ
ｌ 引言 在双向Ｄｃ—Ｄｃ变换器中的应用。
软开关技术综述——
软开关技术综述
摘要
软开关技术是利用在零电压、零电流条件下控制开关器件的导通和关断，有效地降低了电路的开关损耗和开关噪声因而在电力电子装置中得到广泛应用。本文在讲述软开关技术的原理及分类的基础上，主要回顾了软开关技术的由来和发展历程，以及发展现状和未来的发展趋势。
关键词： 软开关技术 原理 发展历程 发展趋势
一．引言：
根据开关元件的工作状态，可以把开关分成硬开关和软开关两类。硬开关是指开关元件在导通和关断过程中，流过器件的电流和元件两端的电压在同时变化；软开关是指开关元件在导通和关断过程中，电压或电流之一先保持为零，一个量变化到正常值后，另一个量才开始变化直至导通或关断过程结束。由于硬开关过程中会产生较大的开关损耗和开关噪声。开关损耗随着开关频率的提高而增加，使电路效率下降，阻碍了开关频率的提高；开关噪声给电路带来了严重的电磁干扰问题，影响周边电子设备的正常工作。为了降低开关的损耗和提高开关频率，软开关的应用越来越多。
电力电子装置中磁性元件的体积和重量占很大比例，从电机学相关知识知道，使变压器、电力电子装置小型化、轻量化的途径是电路的高频化。但是, 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，开关损耗和电磁干扰也随之增加。所以，简单地提高开关频率显然是不行的。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。
当开关频率增大到兆赫兹级范围, 被抑制的或低频时可忽视的开关应软开关技术综述——
力和噪声, 将变得难以接受。谐振变换器虽能为开关提供零电压开关和零电流开关状态, 但工作中会产生较大的循环能量, 使导电损耗增大。为了在不增大循环能量的同时, 建立开关的软开关条件, 发展了许多软开关PWM技术。它们使用某种形式的谐振软化开关转换过程,开关转换结束后又恢复到常规的PWM工作方式,但它的谐振电感串联在主电路内, 因此零开关条件与电源电压、负载电流的变化范围有关, 在轻载下有可能失去零开关条件。为了改善零开关条件, 人们将谐振网络并联在主开关管上, 从而发展成零转换PWM 软开关变换器, 它既克服了硬开关PWM技术和谐振软开关技术的缺点, 又综合了它们的优点。目前无源无损缓冲电路将成为实现软开关的重要技术之一, 在直流开关电源中也得到了广泛的应用。
第４Ｏ卷第５期 ２０１０年９月 航空计算技术 Ａｅｒｏｎａｕｔｉｃａｌ Ｃｏｍｐｕｔｉｎｇ Ｔｅｃｈｎｉｑｕｅ Ｖｏ１．４０ Ｎｏ．５ Ｓｅｐ．２０１０ Ｂｏｏｓｔ变换器软开关技术的研究 孙立萌 （中国航空计算技术研究所，陕西西安７１００６８） 摘要：提出一种新型有源软开关技术，在辅助开关和谐振电路的作用下，可以实现开关电源中开 关管的零电压开通和零电压关断，而且可以减小开关管的电压应力和电流应力。对电路工作原理 和参数设置进行了分析，给出了关键参数的选取原则。利用实际电路，验证了有源软开关技术的有 效性。 关键词：开关电源；软开关；Ｂｏｏｓｔ变换器 中图分类号：ＴＰ２７３ 文献标识码：Ａ 文章编号：１６７１—６５４Ｘ（２０１０）０５一Ｏ１１７．０５ 引言 在开关电源中，各种开关器件（功率开关管、二极 管等）的开关过程中，因为需要承受较大的ｄｉ／ｄｔ或 ｄｕ／ｄｔ，甚至出现开关浪涌而遭损坏。为此，需要增加 缓冲电路，限制、降低开关器件上的电压或电流峰值和 开关过程中的功耗，避免器件热损坏，实现软开通或软 关断。软开关技术可分为两大类，有源软开关和无源 软开关技术。有源软开关具有控制精度和可靠性较 高，而备受人们的关注＿】Ｊ。 软开关变换器，包括零电压ＰＷＭ型和零电流 ＰＷＭ型；零过渡软开关，包括零电压过渡ＰＷＭ（即 ＺＶＴ—ＰＷＭ）软开关和零电流过渡（即ＺＣＴ—ＰＷＭ）软 开关。由于零过渡软开关具有主开关为ＺＣＳ或ＺＶＳ， 续流二极管为ＺＶＳ或ＺＣＳ，主开关和续流二极管的电 流和电压应力小及宽范围电源电压和负载电流内，均 可满足ＺＣＳ和ＺＶＳ条件，它代表了目前软开关变换技 术的最新发展 Ｊ。 １ 有源软开关电路的分析 ｊ 图１为一种有源软开关Ｂｏｏｓｔ变换器。本电路拓 扑针对零电压和零电流转换的软开关技术，软开关拓 扑中加入辅助开关网络，在拓扑结构中，谐振电感 抑制辅助开关Ｓ 的导通与关断电流和二极管 的反 向恢复电流，减小辅助开关．ｓ 和二极管Ｄｎ的开通与 关断损耗。在整个电路中，主开关管．ｓ 和辅助开关管 ｓ：的电压被箝位在输出电压 。 ｉ ｌＤ ｌ Ｊ Ｃ ， Ｃｏ：｝ｌ — 卜＿ —Ｄ— ｆ ｌ 图１基本电路拓扑 图２和图３为该电路的工作过程等效电路和工作 波形。为了更好地分析电路的工作状态，做如下假设： １）输入电感 够大，输入ｉ， 看作１个恒流源，； ２）输出滤波电容Ｃ。足够大，输出电压的纹波可以 忽略，可以看作１个恒压源 ； ３）谐振网络的谐振频率远低于变换器的开关频率。 基于上述假设，该电路的分析中，每个开关周期的 工作过程分为９个阶段。 阶段１（ｔ０～ｔ】）： 在￡ 时刻之前，主开关管．Ｓ 和辅助开关管．ｓ 处 于关断状态。主二极管 导通，输入电感 的能量通 过主二极管 传递给负载。此时，主开关管Ｓ 和辅 助开关管ｓ：上的电压降为零。阶段２开始。在此模 式中，输入电感电流的表达式为： ＝ＩＬ（ 一 阶段２（ １～ｔ２）： 收稿日期：２０１０—０３ ２４ 作者简介：孙立萌（１９７８一），男，河南洛阳人，工程师，硕士，研究方向为机载计算机电源。
技术应用・开关电源
软开关技术及应用实例
王增福
（中国空间技术研究院，北京１ ０００２９）
摘 要：本文侧重对零电流开关（ｚｃｓ）脉冲调宽变换器、零电压开关（ｚｖｓ）脉冲调宽变换器、移相控制零电
流转换全桥式ＤＣ／ＤＣ变换器和移相控制零电压转换全桥式ＤＣ／ＤＣ变换器的工作原理及设计方法作以简单介
绍，还列举了几个实用的软开关电源电路。
关键词：软开关电源
Ｓｏｆｔ Ｓｗｉｔｃｈｉｎｇ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ａｎｄ Ｉｔｓ Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ
ＷＡＮＧ Ｚｅｎｇｆｕ
（ＣＡＳＴ，Ｂｅｉｊｉｎｇ ｌ ０００２９，Ｃｈｉｎａ）
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅ ｏｐｅｒａｔｉｎｇ ｐｒｉｎｃｉｐｌｅｓ ａｎｄ ｄｅｓｉｇｎ ｍｅｔｈｏｄｓ ｏｆ ｔｈｅ ｚｅｒｏ—ｃｕｒｒｅｎｔ ｓｗｉｔｃｈｉｎｇ（ＺＣＳ）ｐｕｌｓｅ—ｗｉｄｔｈ— ｍｏｄｕｌａｔｅｄ ｃｏｎｖｅｒｔｅｒｓ，ｚｅｒｏ ｖｏｌｔａｇｅ ｓｗｉｔｃｈｉｎｇ（ＺＶＳ）ｐｕｌｓｅ－ｗｉｄｔｈ—ｍｏｄｕｌａｔｅｄ ｃｏｎｖｅｒｔｅｒｓ，ｐｈａｓｅ—ｓｈｉｆｔｅｄ ｆｕｌｌ—ｂｒｉｄｇｅ ｚｅｒｏ ｃｕｒｒｅｎｔ ｓｗｉｔｃｈｉｎｇ ｃｏｎｔｒｏｌ ｔｙｐｅ ＤＣ／ＤＣ ｃｏｎｖｅｒｔｅｒｓ ａｎｄ ｐｈａｓｅ－－ｓｈｉｆｔｅｄ ｆｕｌｌ—－ｂｒｉｄｇｅ ｚｅｒｏ ｖｏｌｔａｇｅ ｓｗｉｔｃｈｉｎｇ ｃｏｎｔｒｏｌ ｔｙｐｅ ＤＣ／ＤＣ ｃｏｎｖｅｒｔｅｒ ａｒｅ ｂｒｉｅｆｌｙ ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄ，ｗｉｔｈ ｓｏｍｅ ｐｒａｃｔｉｃａｌ ｅｘａｍｐｌｅｓ ｏｆ ｓｏｆｔ ｓｗｉｔｃｈｉｎｇ ｐｏｗｅｒ ｓｕｐｐｌｙ ｃｉｒｃｕｉｔｓ． Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：Ｓｏｆｔ－ｓｗｉｔｃｈｉｎｇ Ｐｏｗｅｒ Ｓｕｐｐｌｙ
中图分类号：ＴＭ４６ 文献标识码：Ｂ 文章编号：０２１９．２７１３（２０１１）０３—００５１．０６
（上接总第１ ４３期Ｐ．６０）
Ｂｕｃｋ型ＺＶＳ—ＰＷＭ变换器如图７所示。其
