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。
天津市高等教育自学考试课程考试大纲 课程名称：电力电子技术（一）课程代码：3573 第一部分课程性质与目标 －、课程的性质与特点 电力电子技术课程是工业电气自动化专业、供配电技术专业及相关电气工程类、机电类专业必修的一门专业基础课。本课程重点介绍电力电子技术的基本概念、基本原理、常用器件、典型电路及应用方面的知识和技术，是一门实践性、应用性较强的专业基础课。 二、课程目标与基本要求 设置本课程的目的是,通过本课程的学习使学生获得电力电子技术所必需的基本理论、基本知识和基本技能，培养学生分析问题和解决问题的能力，为以后深入学习电力电子技术某些领域的内容，为继续学习后续课程及参加实际工作打下必要的基础。 通过本课程学习要求： 1、熟悉电力电子器件的结构、特性和主要参数，正确理解器件的工作原理； 2、熟悉典型电力电子电路的结构、组成及功能，正确领会电路的工作原理； 3、掌握电力电子电路的波形分析方法和参数计算方法； 4、掌握脉宽调制电路的工作原理和控制特性，了解软开关技术的基本原理与控制方式； 5、了解典型电力电子装置的组成、工作原理和实际应用； 6、掌握基本变流装置的调试方法。 学习本课程时，要注意物理概念与基本分析方法的学习，理论要结合实际，尽量做到器件、电路、应用三者相结合，并保证及时完成课上练习和课后作业。 三、与本专业其他课程的关系 本课程的先修课是“高等数学”、“电路基础”、“电子技术基础”，而本课程又是“机电设备传动与控制”等专业技术课程的先修课程。 第二部分考核内容与考核目标 第一章整流电路 一、学习目的与要求 通过本章的学习，了解功率二极管、晶闸管的结构、特性与主要参数，晶闸管的过压与过流保护方式，熟悉单相、三相可控整流电路的组成、工作原理及对触发电路的基本要求，熟悉晶闸管相控触发电路的组成与工作原理，掌握可控整流电路工作过程的波形分析方法和输出直流平均电压、平均电流的估算方法。 二、考核知识点与考核目标 （一）功率二极管与晶闸管（一般） 识记：功率二极管、晶闸管的分类、结构、主要特点和主要参数，晶闸管的导通条件和关断方法。 理解：晶闸管的工作原理、阳极特性、门极特性及触发的概念。 （二）单相可控整流电路（重点） 识记：单相可控整流电路的组成及工作特点，可控整流电路对触发电路的基本要求。 理解：可控整流电路的相控原理，不同性质负载对电路工作的影响，电路工作原理。
第7章软开关技术 主要内容：软开关技术的分类，各种软开关电路的原理及应用。 电力电子装置高频化 优点：滤波器、变压器体积和重量减小，电力电子装置小型化、轻量化。 缺点：开关损耗增加，电磁干扰增大。 软开关技术的作用：降低开关损耗和开关噪声；进一步提高开关频率。 1 软开关的基本概念 （1）硬开关与软开关 硬开关：开关的开通和关断过程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。 软开关：在电路中增加了小电感、电容等谐振元件，在开关过程前后引入谐振，使开关条件得以改善。降低开关损耗和开关噪声，软开关有时也被称为谐振开关。 工作原理：软开关电路中S关断后Lr与Cr间发生谐振，电路中电压和电流的波形类似于正弦半波。谐振减缓了开关过程中电压、电流的变化，而且使S两端的电压在其开通前就降为零。 （2）零电压开关与零电流开关 软开关分类：
零电压开关：使开关开通前其两端电压为零，则开关开通时就不会产生损耗和噪声，这种开通方式称为零电压开通，简称零电压开关。 零电流开关：使开关关断前其电流为零，则开关关断时也不会产生损耗和噪声，这种关断方式称为零电流关断，简称零电流开关。 图7-1 零电压开关准谐振电路及波形 a）电路图 b）理想化波形 图7-2 硬开关电路及波形 a）电路图 b）理想化波形 零电压开通和零电流关断要靠电路中的谐振来实现。 零电压关断：与开关并联的电容能使开关关断后电压上升延缓，从而降低关断损耗，有时称这种关断过程为零电压关断。 零电流开通：与开关相串联的电感能使开关开通后电流上升延缓，降低了开通损耗，有时称之为零电流开通。
简单的利用并联电容实现零电压关断和利用串联电感实现零电流 开通一般会给电路造成总损耗增加、关断过电压增大等负面影响，因此是得不偿失的。 2 软开关电路的分类 根据开关元件开通和关断时电压电流状态，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。 每一种软开关电路都可以用于降压型、升压型等不同电路，可以从基本开关单元导出具体电路。 图 7-3 基本开关单元的概念 a）基本开关单元 b）降压斩波器中的基本开关单元 c）升压斩波器中的基本开关单元 d）升降压斩波器中的基本开关单元 （1）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。为最早出现的软开关电路，可以分为： 零电压开关准谐振电路（ZVS QRC）； 零电流开关准谐振电路（ZCS QRC）；
通信电源（第三版） 第一章 1.交流基础电源标称值 220/380V 2.直流基础电源标称值 -48V 3.整流器（AC—DC）逆变器（DC—AC）直流变换器（DC—DC） 4.通信电源组成：交流供电系统、直流供电系统、接地系统、防雷系统、集中监控系统。 5.通信局（站）电源系统必须保证稳定、可靠、安全地供电。 6.电源系统组成方式：集中供电、分散供电、混合供电。 7.一旦市电停电，应在 15 分钟内使用发电机组启动运行，以保证机房空调等用电。 8.主用交流电源市电、备用、油机电/发动机组提供。 9.备用发电机组三相电压的线序，如发现相序接错，应将接备用发电机组输出端三根相线 的任意两根对调。 10.电源系统示意图： 11.浮充供电原理图 12.通信用整流器已发展到高频开关整流器 13.URLA 阀控式密封铅酸蓄电池 14.联合接地系统由接地网、接地引入线]、接地汇集线、接地线四部分组成。 15.移动通信基站电源系统方框图。P9 16.TN-S 系统原理图、使用注意事项：N线不能安装熔断器或开关，如果安装熔断器或开关， N线出现大电流，N线熔断器熔断，三相负载严重不平衡，相线与零线短路。 PE线当相线与金属外壳碰在一起，PE线中产生大电流，PE线中熔断器熔断，外壳有220V左右高压，危机人生安全。
17.线颜色 A/U 相黄色 B/V 相绿色 C/W 相红色零线 N 淡蓝色保护地线 PE 黄、绿双色 18.通信设备电端子上电压允许变动范围 -40~-57 电话衡重〈=2 供电回路全程最大允许压 降 3.2V 19.市电不满足要求应采用调压或稳压设备来满足电压允许变动范围的要求。交流电的频率 为 48~52Hz 第二章 1.高压隔离开关和高压断路器配合使用，高压负荷开关和高压熔断器配合使用。 2.电流互感器（测大电流）电压互感器（测大电压） 3.五防功能：防止误分、误合断路器；防止带负荷分、合隔离开关；防止带电合接地开关； 防止带地线合闸送电；防止人员误入带电间隔。 4.油浸式变压器（用于室外）；干式变压器（室内） 5.绕阻 D，yn11 意思:原绕阻为三角形连接，副绕阻为星形连接，中性点直接接地并接出中 性线。 6.自动转换开关（ATS）可代替市电油机转换屏 7.接触器不具备过流保护功能，因此在电路中要与熔断器或断路器配合使用。 8.空开（低压断路器）功能：保护电力线路和设备 9.停电检修时，应先停低压后停高压；先断负荷开关，后断隔离开关；断开电源后，高压 设备的三相线上均应接地线。 单极隔离开关及跌落式熔断器的操作顺序：停电时，先拉开中间相后拉开两边相；送电顺序则相反。 第三章 1.联合接地的概念及组成? 按均压等电位原理，使通信局（站）内各建筑物的基础接地体 和其他专设接地体相互连通形成一个共同地网。 2.机房接地网的组成相互连通的环形地网，建筑基础地网组成。 3.接地体埋深深度要求0.7m 4.材料：接地体：采用多股铜芯绝缘导线。16mm2
软开关的基本概念 软开关的基本概念 软开关是一种电子器件，它可以用来控制电路的开关。与传统的机械式开关不同，软开关使用半导体材料作为其主要材料，并利用电场效应来控制电路的通断。软开关具有许多优点，如可靠性高、功耗低、体积小等，因此被广泛应用于各种领域中。 一、软开关的基本原理 1.1 半导体材料 软开关主要由半导体材料制成。半导体材料是指在温度较低时具有半导体性质的材料。它们具有介于导体和绝缘体之间的电学特性，即在一定条件下既可以传导电流，又可以阻止电流的流动。 1.2 电场效应 软开关利用了电场效应来控制电路的通断。当一个外加电压施加到半导体上时，会在其内部形成一个强烈的电场。这个电场会影响到半导体中自由载流子（即带负或正电荷的粒子）的运动状态，从而改变其
导电性质。 1.3 MOSFET结构 MOSFET（金属氧化物半导体场效应晶体管）是一种常用的软开关结构。它由金属栅、氧化物和半导体材料组成。当一个正电压施加到金 属栅上时，会在氧化物和半导体之间形成一个电场，从而改变半导体 中自由载流子的运动状态，控制电路的通断。 二、软开关的优点 2.1 可靠性高 软开关使用半导体材料作为其主要材料，没有机械部件，因此具有较 高的可靠性。与传统的机械式开关相比，软开关不容易出现接触不良 等问题。 2.2 功耗低 软开关具有低功耗的特点。由于其内部没有机械部件，因此摩擦损耗、惯性负荷等都很小。此外，在控制电路通断时也只需要很小的电流即 可实现。
2.3 体积小 软开关具有较小的体积和重量。这使得它们在集成电路中得到广泛应用，并且可以大大节省空间。 三、软开关的应用领域 3.1 电力系统 在电力系统中，软开关被广泛应用于电力变压器、断路器、接触器等 设备中。它们可以提高系统的可靠性和效率，并且可以减少能源浪费。 3.2 电动汽车 软开关在电动汽车中也得到了广泛应用。它们可以控制电机的转速和 方向，并且可以实现快速切换，提高车辆的性能和安全性。 3.3 通信设备 软开关在通信设备中也是必不可少的组成部分。它们可以控制信号的 传输和接收，从而保证通信质量和稳定性。 四、软开关的发展趋势
《电力电子技术》课程教学大纲 Power Electronics 课程编号：021016 学分： 4 学时： 76 （其中：讲课学时： 64 实验学时：12 上机学时： 0 ）先修课程：《电路》、《电子线路》、《电机与拖动》 后续课程：《调速技术》、《电力拖动自动控制系统》 适用专业：四年制自动化本科 开课部门：电子信息与电气工程系 一、课程的性质与目标 1、课程的性质 本课程是一门横跨电力、电子、自动控制三门课程的交叉边缘学科，是利用大功率半导体器件对电能进行变换与控制的专业基础课程，是自动化专业的必修课。 2、课程的目标 通过本课程的学习，使学生获得电能高效率变换与控制方面的知识，培养学生分析问题、解决问题的能力，并且具有一定的实验能力，为后续课程的学习及以后的工作打下基础。 本课程的任务是使学生获得利用电力电子器件对电能进行变换和控制的基本理论与概念。通过学习，要求学生熟悉和掌握可控整流、有源逆变、变频、斩波、无源逆变等电力电子电路的工作原理、特点和基本应用，正确选用元件与触发电路。 二、课程的主要内容及基本要求 第1章电力电子器件（10 学时） [知识点]概述；不可控器件；半控型器件；典型全控型器件；其他新型电力电子器件；电力电子器件的驱动、保护、串并联使用。
[重点]半控型器件、典型全控型器件的结构、工作原理、基本特性、主要参数及选择原则。 [难点]额定电流的计算。 [基本要求] 1、了解电力电子器件的概念、特征、应用系统。 2、理解不可控器件、半控型器件、典型全控型器件等的结构、工作原理、基本特性、主要参数。 3、掌握电力电子器件的选择、使用以及驱动、保护和串并联使用。 [实践与练习] 实验：晶闸管好坏的测定和导通实验 作业：P42 2、3、4 第2章整流电路（28学时） [知识点]单相可控整流电路；三相可控整流电路；变压器漏感对整流电路的影响；电容滤波的不可控整流电路；整流电路的谐波和功率因数；大功率可控整流电路；整流电路的有源逆变工作状态；晶闸管直流电动机系统；相控电路的驱动控制。 [重点] 1、单相全控桥式整流电路和三相全控桥式整流电路的原理分析与计算、各种 负载对整流电路工作情况的影响； 2、三相可控整流电路有源逆变工作状态的分析计算； 3、晶闸管直流电动机系统的工作特性，包括变流器的特性和电机的机械特 性等； 4、晶闸管可控整流电路锯齿波移相的触发电路的原理和同步电压信号的选 取方法。 [难点]晶闸管可控整流电路锯齿波移相的触发电路的原理和同步电压信号的选取方法。 [基本要求] 1、了解电容滤波的不可控整流电路的工作情况和特点； 2、可逆电力拖动系统的工作情况和环流的概念；
电力电子软开关技术综述 摘要：电力电子软开关技术是一种应用于电力电子系统的关键技术，具有提高系统性能、降低开关损、增强系统可靠性的优点。本文对电力电子软开关技术的应用现状和发展趋势进行了综述，探讨了不同软开关技术的优缺点，并提出了未来的研究方向。 引言：电力电子软开关技术是一种新型的电力电子变换技术，旨在减少开关器件的开关损，提高系统效率，同时降低系统噪声和电磁干扰。随着电力电子技术的不断发展，软开关技术已成为研究热点之一。本文旨在对电力电子软开关技术的应用现状和发展趋势进行综述，以推动该技术的进一步发展。 电力电子软开关技术的基本概念是利用电容或电感等储能元件实现 开关器件的软化。通过合理控制开关器件的导通和关断时间，以及储能元件的充放电过程，可以实现开关器件在导通和关断过程中的损耗最小化。电力电子软开关技术的实现方法主要包括谐振变换、准谐振变换、多脉冲变换等。虽然软开关技术具有降低开关损、提高效率等优点，但也会导致系统复杂度增加、成本提高等问题。 电力电子软开关技术在电力系统中的应用主要包括电力电子变换器、直流输电、柔性交流输电等方面。其中，电力电子变换器是最为广泛
的应用之一，可以用于电源、负载、储能等设备的控制和调节。在控制策略方面，软开关技术可以用于改善系统的性能和稳定性，例如在PWM控制中引入软开关技术可以降低系统的谐波含量。在设备制造方面，软开关技术也被广泛应用于各种电力电子设备中，例如开关电源、不间断电源等。 随着电力电子技术的不断发展，电力电子软开关技术的未来发展趋势主要包括以下几个方面： 新型电力电子软开关技术的研发：随着技术的不断进步，将会有更多新型的电力电子软开关技术出现，例如更为高效的软开关技术、新型的谐振变换技术等。这些新型的软开关技术将会在更广泛的领域得到应用，例如新能源、智能电网等领域。 集成化和模块化：未来电力电子软开关技术将更加注重集成化和模块化，通过将多个器件和电路集成在一起，实现更高效、更可靠、更小型化的电力电子系统。 智能化和自适应控制：随着人工智能等技术的不断发展，电力电子软开关技术将会更加智能化和自适应控制。通过智能化和自适应控制，可以实现更为精准的控制和调节，提高电力电子系统的性能和稳定性。
软开关的概念 软开关是一种基于软件的开关技术，它是通过在计算机系统中使用软件控制来实现开关操作的。相比传统的硬件开关，软开关具有更高的灵活性和可扩展性，可以为系统带来更多的功能和便利性。在本文中，我们将详细介绍软开关的概念、原理、应用和发展前景。 一、软开关的概念 软开关是指通过软件控制来实现开闭状态的开关。它可以在计算机系统和电子设备中使用，用于控制电路的开关操作。与传统的硬开关相比，软开关具有更高的灵活性和可扩展性，可以根据需求进行动态配置和调整。 二、软开关的原理 软开关是通过软件控制硬件电路来实现开关操作的。在计算机系统中，软开关通常通过使用操作系统的API或驱动程序来实现。当需要打开或关闭特定的电路时，软开关会发送相应的软件指令给操作系统，然后由操作系统将指令传递给硬件电路驱动程序或固件，最终实现开关操作。
三、软开关的应用 软开关在计算机系统和电子设备中有着广泛的应用。以下是一些 软开关的常见应用场景。 1.计算机网络：软开关可以用于实现网络设备的动态配置和管理。通过软件控制网络设备的开关状态，可以实现网络的灵活管理和优化。例如，软开关可以用于实现虚拟局域网(VLAN)的划分和管理，以及流 量控制和路由优化等功能。 2.云计算和虚拟化：软开关是云计算和虚拟化技术的重要组成部分。通过软件控制物理服务器和虚拟机的开关状态，可以实现资源的 动态分配和管理。软开关可以用于实现虚拟机的启动和关闭操作，以 及虚拟机之间的网络通信和数据传输。 3.电力系统：软开关在电力系统中也有着重要的应用。通过软件 控制电力设备的开关状态，可以实现电力系统的远程监控和控制。软 开关可以用于实现电网的动态配置和故障隔离，以及电力设备的保护 和控制。
第七章谐振软开关技术 随着电力电子器件的高频化，电力电子装置的小型化和高功率密度化成为可能。然而如果不改变开关方式，单纯地提高开关频率会使器件开关损耗增大、效率下降、发热严重、电磁干扰增大、出现电磁兼容性问题。80年代迅速发展起来的谐振软开关技术改变了器件的开关方式，使开关损耗可原理上下降为零、开关频率提高可不受限制，故是降低器件开关损耗和提高开关频率的有效办法。 本章首先从PWM电路开关过程中的损耗分析开始，建立谐振软开关的概念；再从软开关技术发展的历程来区别不同的软开关电路，最后选择零电压开关准谐振电路、零电流开关准谐振电路、零电压开关PWM电路、零电压转换PWM电路和谐振直流环电路进行运行原理的仔细分析，以求建立功率器件新型开关方式的概念。 7.1 谐振软开关的基本概念 7.1.1 开关过程器件损耗及硬、软开关方式 无论是DC—DC变换或是DC—AC变换，电路多按脉宽调制（PWM）方式工作，器件 处于重复不断的开通、关断过程。由于器件上的电压、电流会在开关过程中同时存在，因而会出现开关功率损耗。以图7-1（a）Buck变换电路为例，设开关器件VT为理想器件，关断时无漏电流，导通时无管压降，因此稳定通或断时应无损耗。 图7-1（b）为开关过程中VT上的电压、电流及损耗的波形，设负载电流恒定。 图7-1 Buck变换电路开关过程波形 当VT关断时，负载电流改由续流二极管VD提供。若再次触发导通VT，电流从VD向VT转移（换流），故期间上升但，直至才下降为零。 这样就产生了开通损耗。当停止导通VT时，从零开始上升，在期间维持 ，直至，才减小为零，这样就产生了关断损耗。 若设器件开关过程中电压、电流线性变化，则有 （7-1）
《电力电子技术》课程教学大纲 课程类别：专业基础 课程性质：必修 英文名称：Power Electronic Technology 总学时：64讲授学时：48 实验学时：16 学分：3.5 先修课程：电路原理、模拟电子技术、数字电子技术 适用专业：自动化 开课单位：信息工程学院自动化教研室 一、课程简介 《电力电子技术》是电气工程及其自动化专业、自动化专业本科生的一门专业基础课，是一门理论与应用相结合，实践性很强的课程。它包括电力电子器件、电力电子变流技术以及以微电子技术和计算机为代表的控制技术三大组成部分。本课程的目的和任务是使学生熟悉各种电力电子器件的特性和使用方法；掌握各种电力电子电路的结构、工作原理、控制方法、设计计算方法及实验技能；熟悉各种电力电子装置的应用范围及技术经济指标，培养学生的分析问题和解决问题的能力，为《运动控制》等后续课程以及从事与电气工程有关的技术工作和科学研究打下一定的基础。 二、教学内容及基本要求 0 绪论（2学时） 教学内容： 0.1电力电子技术的定义 0.2电力电子技术的发展历史(自学) 0.3电力电子技术的内涵及其相关工业 0.4电力电子技术所研究的基本问题 0.5电力电子技术的主要内容 0.6本课程的学习方法及考核方法 教学要求： 1.理解电力电子技术的定义，电力电子技术所研究的基本问题。 2.了解电力电子学科的发展历史、电力电子技术的内涵及其相关工业、电力电子技术的主要内容以本课程的学习方法及考核方法。 授课方式： 讲授+自学
第一章：电力电子器件（10 学时） 教学内容： 1.1电力电子器件概述 1.2不可控器件——电力二极管 1.3半控型器件——晶闸管 1.4典型全控型器件 1.5其他新型电力电子器件 1.6电力电子器件的驱动 1.7电力电子器件的保护 1.8电力电子器件的串联和并联使用 教学要求： 1.掌握各种电力电子器件的基本特性、应用场合和使用方法。 2.理解各种全控型器件、半控型器件的工作原理和主要参数选择依据. 3.了解典型触发、驱动和缓冲电路的组成、工作原理和特点。 授课方式： 讲授+讨论 第二章：整流电路（10 学时） 教学内容： 2.1单相可控整流电路 2.2三相可控整流电路 2.3变压器漏感对整流电路的影响 2.4整流电路的谐波和功率因数 2.5大功率可控整流电路 2.6整流电路的有源逆变工作状态 2.7晶闸管直流电动机系统 2.8相控电路的驱动控制 教学要求： 1.掌握各种典型电路的工作原理和波形分析法；锯齿波移相触发电路原理及同步变压器设计方法。 2.理解各种电路基本电量计算关系；失控问题产生原因和抑制措施；逆变失败原因及及逆变失败限制措施。 3.了解可控整流装置在直流拖动系统中的应用。 授课方式：
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
07106电气工程综合 包含电机学、电力电子学、髙电压工程、电力系统分析、自动控制原理《电机学》 1.直流电机 （1）直流电机的结构 （2）直流电机的工作原理、电枢绕组的构成、励磁方式、磁场分布、电枢反应的基本概念 （3）电枢感应电势和电磁转矩的计算 （4）直流电机的电压、功率和转矩平衡方程，电磁功率的槪念 （5）他励（并励）和串励直流电动机的工作特性 （6）直流发电机的运行特性 （7）直流电机的可逆原理及换向的基本概念 2.变压器 （1）变压器的结构和分类 （2）变压器的工作原理、空载和负载运行时的电磁关系、绕组折算的基本概念（3）变压器的基本方程、等效电路、相量图和参数测定 （4 ）变压器稳态运行时的外特性和效率特性 （5）变压器并联运行基本概念，三相变压器的电路和磁路系统、联结组别的判定和验证方法 3.交流电机的共同理论 （1）交流绕组的构成 （2）交流绕组感应电势的概念和计算 （3）单相交流绕组的脉振磁势、短距系数和分布系数的概念和汁算 （4）三相交流绕组的基波旋转磁势和高次谐波磁势的概念和计算 4.感应电机 （1）三相感应电动机的工作原理和结构 （2）感应电机的三种运行状态与转差率 （3）三相感应电动机运行的电磁过程、电压、功率和转矩方程 （4）三相感应电动机绕组折算和频率折算、等效电路、相量图、参数测定 （5）三相感应电动机工作特性与转矩转差率特性（机械特性） 5.同步电机 （1）同步电机的结构、工作原理和分类 （2）同步发电机的电压和功率方程、矢量图、功角关系 （3）同步发电机的功角特性、静态稳泄性、有功和无功功率的调节 （4）同步电动机的起动方法 《电力电子学》
软开关的实质是什么？ 所谓软开关，就是利用电感电流不能突变这个特性，用电感来限制开关管开通过程的电流上升速率，实现零电流开通。利用电容电压不能突变的特性，用电容来限制开关管关断过程的电压上升速率，实现零电压关断。并且利用LC谐振回路的电流与电压存在相位差的特性，用电感电流给MOS结电容放电，从而实现零电压开通。或是在管子关断之前，电流就已经过零，从而实现零电流关断。 软开关的拓扑结构非常多，每种基本的拓扑结构上都可以演变出多种的软开关拓扑。我们在这里，仅对比较常用的，适用于APFC电路的BOOST结构的软开关作一个简单介绍并作仿真。 我们先看看基本的BOOST电路存在的问题，下图是最典型的BOOST电路： 假设电感电流处于连续模式，驱动信号占空比为D。那么根据稳态时，磁芯的正向励磁伏秒积和反向励磁伏秒积相同这个关系，可以得到下式： VIN×D=(VOUT-VIN)(1-D)，那么可以知道：VOUT=VIN/(1-D) 那么对于BOOST电路来说，最大的特点就是输出电压比输入电压高，这也就是这个拓扑叫做BOOST电路的原因。另外，BOOST电路也有另外一个名称：upconverter，此乃题外话，暂且按下不表。 对于传统的BOOST电路，这个电路存在的问题在哪里呢？我们知道，电力电子的功率器件，并不是理想的器件。在基本的BOOST电路中： 1、当MOS管开通时，由于MOS管存在结电容，那么开通的时候，结电容COSS 储存的能量几乎完全以热的方式消耗在MOS的导通过程。其损耗功率为
COSSV2fS/2，fS是开关频率。V为结电容上的电压，在此处V=VOUT。（注意：结电容与静电容有些不一样，是和MOS上承受的电压相关的。） 2、当MOS管开通时，升压二极管在由正向导通向反偏截止的过程中，存在一个反向恢复过程，在这个过程中，会有很大的电流尖峰流过二极管与MOS管，从而导致功率损耗。 3、当MOS关断时，虽然有结电容作为缓冲，但因为结电容太小，关断的过程电压与电流有较多的重叠，也产生一定的关断损耗。 下面我们来仿真一下最基本的BOOST电路。因为BOOST电路的输入端是个大电感，在稳态工作时，电流基本不变，所以，在稳态时可以用电流源来代替。而输出因为是大的滤波电容，稳态时，电容电压基本不变，故而在稳态时可以用电压源来代替输出电容。所以，我们可以在saber的环境下，得到这个电路： 我们进行瞬态分析，得到下图结果：
浅谈软开关技术及其应用 于玲 【摘要】软开关技术在零电压、零电流条件下开通或关断,开关损耗较小,所以不仅使电力电子装置小型化、轻型化,而且提高了动态响应性能.与此同时,它还较好地消除了相应的开关噪声. 【期刊名称】《山东纺织经济》 【年(卷),期】2010(000)007 【总页数】2页(P100-101) 【关键词】软开关;谐振;脉宽调制 【作者】于玲 【作者单位】潍坊学院,山东潍坊,261061 【正文语种】中文 【中图分类】TP17 1 引言 开关电源就是采用功率半导体器件作为开关元件，通过周期性通断开关，控制开关元件的占空比来调整输出电压。开关电源由输入电路、变换电路、输出电路和控制电路等组成。功率变换是其核心部分，主要由开关电路和变压器组成。为了满足高功率密度的要求，变换器需要工作在高频状态，最典型的功率开关晶体管有功率晶体管(CTR)、功率场效应管（MOSFET）和绝缘型双极型晶体管（IGBT）等3种。
控制方式分为脉宽调制、脉频调制、脉宽和频率混合调制等3种，其中最常用的是脉宽调制（PWM）方式。 现代电力电子装置发展的趋势是小型化、轻量化，同时对装置的效率和电磁兼容性也提出了较高的要求。通常滤波电感、电容和变压器在装置的体积和重量上占很大比例。因此要设法降低他们的体积和重量。而提高工作频率可以减少变压器各绕组的匝数，并减少铁芯的尺寸。然而在高频化的同时，开关损耗会随之增加，电磁干扰也会随之增大。针对上述问题，出现了软开关技术，它利用以谐振为主的辅助换流技术，较好地解决了开关损耗和开关噪声的问题，继而允许开关频率大幅提高。 2 软开关的范畴 开关状态的转换并不是在瞬间完成的，它是一个开关过程。在很多电路中，开关元件在电压很大或电流很大的条件下，在门极的控制下开通或关断。开关过程中电压和电流并不为零，并出现了重叠，产生了一定的功率损耗即开关损耗。而且电压和电流的变化很快，其波形出现了明显的过冲，就导致了开关噪声的产生。开关损耗随着开关频率的提高而提高，阻碍着开关频率的升高；开关噪声带来了严重的电磁干扰问题，影响着周边电子设备的正常工作。而软开关技术就是在原来的开关电路中增加很小的电感Lr、电容Cr等谐振元器件，构成辅助换流网络，在开关过程前后引入谐振过程，开关开通前电压先降为零，或关断前电流先降为零，就可以消除开关过程中电压、电流的重叠，从而大大减小损耗和开关噪声，这样的电路就叫做软开关电路。 变换器的软开关技术实际上是利用电感和电容来对开关的开关轨迹进行整形，最早的方法是采用有损缓冲电路来实现。从能量的角度来看，它是将开关损耗转移到缓冲电路消耗掉，从而改善开关管的开关条件。这种方法对变换器的变换效率没有提高，甚至会使效率有所降低。目前所研究的软开关技术不再采用有损缓冲电路，而是真正减小开关损耗，而不是开关损耗的转移。与开关并联的电容产生的容抗能延
软开关电路的名词解释 软开关电路是一种利用电子元件和电路设计技术实现开关功能的电路。与传统 的机械开关相比，软开关电路具有更高的精度和可靠性，广泛应用于电子设备、通信系统、工业控制等领域。本文将从不同角度解释软开关电路的概念、原理和应用。 一、软开关电路的概念 软开关电路是借助电子元器件的导通与截止来实现电路的开关功能。在软开关 电路中，通常使用晶体管或场效应管作为控制元件，通过调节输入信号的电压或电流，以控制开关的状态。软开关电路可以实现快速的开关动作，并且具有较低的功耗和较高的精确度。 二、软开关电路的原理 软开关电路原理涉及到两个基本概念：导通和截止。当控制信号作用于软开关 电路时，通过控制元件的导通，电荷流动形成闭合回路，达到导通状态。而当控制信号不再作用时，控制元件截止，电路断开，实现截止状态。 在软开关电路中，晶体管是最常用的控制元件之一。晶体管由三个区域组成： 发射区、基区和集电区。通过在基区施加控制信号，可以控制晶体管的导通与截止。当控制信号为高电平时，基区产生足够的电压，使得晶体管处于导通状态；当控制信号为低电平时，基区电压不足以维持导通，晶体管进入截止状态。 除了晶体管，场效应管也常用于软开关电路中。场效应管由栅极、源极和漏极 构成。通过调节栅极电压，可以控制场效应管的导通与截止。当栅极电压高于一定阈值时，场效应管导通，电流流过；当栅极电压低于阈值时，场效应截止，电流不再流动。 三、软开关电路的应用
软开关电路在电子设备和通信系统中有着广泛的应用。以下列举几个常见的应用案例： 1. 电源开关：软开关电路常用于电源开关控制。通过控制信号，实现电源的打开和关闭。这不仅方便用户使用，还可以节省大量电能。 2. 电灯调光：软开关电路可以用于调光系统。通过控制电路的导通状态，可以实现对灯光亮度的调节。这样可以根据实际需求，提供舒适的光照环境。 3. 电机控制：软开关电路也常用于电机控制系统中。通过控制电机的启动与停止，实现对电机转速的控制。这在工业自动化领域中应用广泛，可以提高生产效率和精确度。 4. 逆变器控制：逆变器是将直流电转换为交流电的电子设备。软开关电路在逆变器的控制中起着重要作用。通过控制信号，实现逆变器的开关频率和输出电压的调节，以适应不同的电力需求。 结语 软开关电路是一种基于电子元件和电路设计的高精度、可靠的开关技术。通过调节控制信号，实现电路的导通与截止，从而实现开关功能。软开关电路在电子设备、通信系统、工业控制等领域有着广泛应用，为我们的生活和工作带来了便利和效益。随着科技的进步和发展，软开关电路的应用前景将更加广阔。
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。
（1）电力电子器件的基本特点，电力电子器件的主要损耗以及开关器件的开关过程损耗（Switching loss）和通态损耗（On-state loss）的基本计算方法: （2）二极管的分类及特点，反向恢复、软恢复等槪念，普通二极管和快速二极管的区别； （3）晶闸管（SCR）、电力场效应晶体管（电力MOSFET）和绝缘栅双极晶体管（IGBT）等常用电力电子器件的工作原理、特点、主要参数的含义； （4）电路中dv/dt.di/dt参数对晶闸管器件的影响，晶闸管额左电流的计算方法; （5）电力电子器件的驱动技术、缓冲吸收技术和串、并联技术。 2. DC/DC变换电路 （1）Buck、Boost N Buck-boost 和Cuk 四种电路的工作原理（Operation principle ）和特点： （2）Buck、BoostBuck-boost三种电路的输入输岀电流电压关系（连续工况）, 以及开关器件、二极管、电感和滤波电容的选择计算： （3）Forward、Fly-back、Push-pulk Full bridge 和Half bridge 电路的工作原理和特点、电路开关器件选择、隔离变压器的磁通复位： （4）理解软开关的基本概念： （5）滤波电感和电容的参数汁算和髙频变压器的设计。 3. DC/AC变换电路（无源逆变电路） （1）无源逆变电路的分类，电压型逆变电路的电路结构、工作原理和特点： （2）SPWM的相关概念、术语和基本原理： （3）DC-ACConverter输岀方波和输出SPWM波时，各自的优缺点； （4）AC/DC变换电路（包括二极管整流电路、相控整流电路、有源逆变电路和PWM整流器）工作原理和波形分析方法； （5）电容滤波的二极管整流电路的基本原理，交流侧电流波形及电流波形改善方法，减小合闸冲击（Inrush）电流的方法。 （6 ）交流侧电抗对整流电路的影响： （7）电压型PWM整流电路的电路、工作原理和特点（AC侧电流，DC侧电压）, AC侧电感的作用：AC侧基波电压电流相量图和相量方程； （8）电压型PWM整流器在无功补偿和谐波抑制等方而的应用； （9）功率因数校正电路的作用和工作原理； （10）单相、三相晶闸管有源逆变电路的工作原理，实现有源逆变的条件，理解逆变失败的含义及造成逆变失败的原因，逆变失败带来的后果和预防逆变失败的措施。 4. AC/AC变换电路（包括交流电力控制电路和交一交变频电路） （1）交流一交流电力控制电路的分类及特点； （2）单相电路On-off控制，phase-angle控制电路，输出电压、电流有效值和功率因数的计算，两种控制方式特点的比较：
《电力电子技术》教学大纲 学时：51 学分：3 适用专业：电子信息工程 一、课程的性质、目的和任务 电力电子技术是电子信息工程专业的一门专业选修课。其教学目的和任务：掌握各种主要的电力半导体器件的基本原理、特性及参数；熟悉AC/DC变换技术及DC/AC变换技术的基本原理及主要变换方法；对AC/AC变换技术、电力电子装置作一般了解；能阅读常见的电力电子电路及设计简单电力电子电路。 二、课程教学的基本要求 （1）了解新型电力电子器件； （2）理解可关断晶闸管；升降压变换电路；直流变换的PWM控制技术；电流型逆变电路；有源逆变电路；AC/AC变换电路；电力电子装置； （3）掌握电力二极管；晶闸管；电力晶体管；电力场效应管；绝缘栅双极型晶体管；电力电子器件的驱动与保护；DC/DC变换技术；DC/AC变换技术；整流电路；软开关技术。 三、课程教学内容 （一）概述 1．电力电子技术的发展 2．电力电子技术的应用领域 说明： 本章为电力电子技术课程的一般介绍。 （二）电力电子器件 1．电力电子器件概述 电力电子器件基本模型与特性电力电子器件的种类 2．电力二极管 电力二极管及其工作原理电力二极管的特性参数 3．晶闸管 晶闸管及其工作原理晶闸管的特性参数晶闸管的派生器件 4．可关断晶闸管 可关断晶闸管及其工作原理可关断晶闸管的特性参数 5．电力晶体管
电力晶体管及其工作原理电力晶体管的特性参数 6．电力场效应管 电力场效应管及其工作原理电力场效应管的特性参数 7．绝缘栅双极型晶体管 绝缘栅双极型晶体管及其工作原理绝缘栅双极型晶体管的特性参数 8．其它新型电力电子器件 静电感应晶体管静电感应晶闸管MOS控制晶闸管集成门换流晶闸管功率模块与功率集成电路 9．电力电子器件的驱动与保护 驱动电路保护电路缓冲电路散热系统 说明： 本章的重点是电力二极管、晶闸管、电力晶体管、电力场效应管的工作原理、特性、主要参数和使用方法。难点是电力电子器件的驱动与保护。 （三）DC/DC变换技术 1．直流变换电路工作原理 2．降压变换电路 3．升压变换电路 4．升降压变换电路 5．Cuk电路 6．带隔离变压器的直流变换器 反激式变换器正激式变换器半桥变换器全桥变换器 7．直流变换的PWM控制技术 直流PWM控制的基本原理直流变换的PWM控制技术 说明： 本章的重点是直流变换电路工作原理，降压变换电路，升压变换电路，带隔离变压器的直流变换器。难点是流变换的PWM控制技术。 （四）DC/AC变换技术 1．逆变器的性能指标与分类 逆变器的性能指标逆变器的分类 2．电力器件的换流方式与逆变电路的工作原理
《电力电子技术》课程教学大纲 总学时数：68（理论60，实验8） 总学分数：4.0 课程性质：专业必修课 适用专业：电气工程及其自动化 一、课程的任务和基本要求： 本课程的目的和任务是使学生熟悉各种电力电子器件的特性和使用方法；掌握各种电力电子电路的结构、工作原理、控制方法、设计的基本计算方法及基本实验技能；熟悉各种电力电子装置的应用范围及技术经济指标。 （1）了解电力电子技术的发展概况、技术动向和新的应用领域。掌握普通晶闸管、可关断晶闸管、电力晶体管、功率场效应管和绝缘门极晶体管等电力电子器件的工作原理、主要参数、控制电路及选用测试方法。 （2）熟悉和掌握各种基本的整流电路、直流斩波电路、交流—交流电力变换电路和逆变电路的结构、工作原理、波形分析和控制方法。 （3）掌握PWM技术的工作原理和控制特性。 （4）了解电力电子技术的应用范围和发展动向。 （5）掌握基本电力电子装置的实验和调试方法。 二、基本内容和要求： 1. 电力电子器件 （1）电力电子器件概述 （2）可控器件——电力二极管 （3）半控型器件——晶闸管 （4）典型全控型器件 （5）其它新型电力电子器件 （6）电力电子器件的驱动 （7）电力电子器件的保护 （8）电力电子器件的串联和并联使用 要求：了解电力电子技术的由来和发展及其应用的领域，明确本课程的内容、性质和基本要求；了解电力电子器件及类型和电路结构。 2. 整流电路 （1）单相可控整流电路 （2）三相可控整流电路 （3）变压器漏感对整流电路的影响
（4）电容滤波的不可控整流电路 （5）整流电路的谐波和功率因数 （6）大功率可控整流电路 （7）整流电路的有源逆变工作状态 （8）晶闸管直流电动机系统 （9）相控电路的驱动控制 要求：掌握整流电路的工作状态及分析方法和电路参数的分析和计算。 3. 直流斩波电路 （1）基本斩波电路 （2）复合斩波电路和多相多重斩波电路 要求：熟悉基本斩波电路的特性。 4. 交流电力控制电路和交交变频电路 （1）交流调压电路 （2）其他交流电力控制电路 （3）交交变频电路 （4）矩阵式变频电路 要求：了解交流电力控制电路与交交变频电路结构及工作原理。 5. 逆变电路 （1）换流方式 （2）电压型逆变电路 （3）电流型逆变电路 （4）多重逆变电路和多电平逆变电路 要求：掌握逆变电路的工作原理、波形分析和电路参数的分析和计算。 6. PWM控制技术 （1）PWM控制的基本原理 （2）PWM逆变电路及控制方法 （3）PWM跟踪控制技术 （4）PWM整流电路及其控制方法 要求：熟悉PWM控制技术基本原理及其控制方法。 7. 软开关技术 （1）软开关的基本概念 （2）软开关电路的分类 （3）典型的软开关电路 要求：熟悉软开关的基本概念、软开关电路的分类和典型的软开关电路。