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工业技术DOI：10.16660/ki.1674-098X.2019.13.128基于BUCK电路的新型软开关电路设计周浩文 李迁(上海电机学院 上海 201306)摘 要：本文对采用N沟道增强型MOSFET作开关器件的Buck电路进行了软开关的设计和仿真。
用到的方案是准谐振充放电模式，使MOSFET漏源极两端的电压能在栅极触发脉冲到来前变为零，使开关管能进行零电压开通。
这样就能有效地实现Buck电路的软开关，提高电路的效率。
最后利用Saber仿真软件，对设计的软开关控制策略进行了仿真验证，结果与预期相符合。
关键词：降压变换器 软开关 Saber仿真中图分类号：TM46 文献标识码：A 文章编号：1674-098X(2019)05(a)-0128-07Abstract: This article presents a soft switching method of the Buck converter which uses the N channel enhancement type MOSFET as the switch and the simulation. The design is quasi resonant charging and discharging mode which makes the D-S voltage become zero before the gate trigger pulse come, so the MOSFET can operate in a zero voltage turn-on mode. In this way, it can effectively realize the soft switching of Buck converter and improve the efficiency of the circuit. Finally I use the saber software to do the simulation and receive the expected result.Key Words：Buck converter; Soft switching; Saber simulatio1 引言1.1 研究背景自从软开关技术出现之后，经历了发展期和完善期，软开关电路也是层出不穷，迄今为止，各式各样的软开关拓扑仍不断涌现[1]。
16随着通信技术的不断发展，系统设施对通信电源的要求也越来越高。
传统的开关电源由于其开关频率固定，因此在输出电流变化时会产生大量的开关损耗和电磁干扰，同时也会影响输出电压的稳定性。
为了解决这些问题，LLC 谐振变换器逐渐成为备受关注的电源设计方案。
该方案通过控制开关频率来实现输出电压的恒定，同时具有零电压开通和零电流关断的特点，可以大大降低开关损耗和电磁干扰。
因此，本文基于LLC 谐振变换器，设计了一种高效率通信电源，并对其进行了仿真和实验验证。
一、LLC 谐振变换器的原理和特点（一）LLC 谐振变换器的原理LLC 谐振变换器（LLC Resonant Converter）是一种基于LLC 谐振式高效率通信电源的 设计与应用分析阎晓璟（1986.04-），女，汉族，山西太原，本科，中级工程师，研究方向：通信工程。
摘要：本文以LLC 谐振变换器为基础，设计了一种高效率通信电源，并进行了仿真和实验验证。
首先，介绍了LLC 谐振变换器的基本结构和工作原理，重点阐述了其优点和特点。
然后，详细讨论了电源设计的流程和关键技术以及LLC 谐振变换器在通信电源中的应用。
最后，具体设计案例和实验结果分析表明，所设计的通信电源具有高效率、稳定性和可靠性等优点，达到了设计要求。
关键词：LLC 谐振变换器；通信电源；高效率；稳定性；可靠性基于谐振电路实现电源转换的技术。
与传统的电源变换器不同，LLC 谐振变换器采用的是无极性电容和电感器，具有高效率、低电磁干扰（EMI）和宽输入输出电压范围等优点，被广泛应用于高性能电源等领域[1]。
在LLC 谐振变换器中，控制器通过调节开关频率来控制输出电压，其中，控制器包含一个MOSFET 开关和一个驱动电路。
当MOSFET 开关关闭时，变压器中的励磁电流开始增加，同时将能量存储在谐振电容和谐振电感中；当MOSFET 开关开启时，励磁电流减小，能量从谐振电容和谐振电感中释放并传递到输出负载上[2]。
图XXX 表示 需要实际仿真后需要替换的项目，放在在这里仅仅为了做例子 公式 表示未经过仿真所计算的电路数据，仿真时可根据需要自行修改数据1、引言为减小DC ／DC 变换器尺寸和损耗，必须提高变换器开关频率，而开关频率的提高会直接提高开关损耗．引入软开关技术可解决这个矛盾.这里主要研究Buck 变换器的软开关电路，并通过仿真寻找软开关实现的条件。
课本提出一些软开关技术。
但均存在不足。
这里提出一种改进ZVS QRC Buck 变换器。
可有效降低器件电压应力。
为适应谐振过程还需设置一定死区。
2、ZVS 型Buck 准谐振电路2.1、电路结构图1为ZVS-Buck-QRC 电路结构。
图1 ZVS-Buck-QRC 电路结构in U 为直流输入电源；开关管1V 、续流二极管VD 、输出滤电感f L 、输出滤波电容f C 和负载R 构成基本Buck 电路；反并联二极管1VD 、谐振电容r C 和谐振电感r L ，用来实现软开关。
简单来说，当1V 为关断状态时，r C 、r L 串联谐振，使1V 实现ZVS 开通；当1V 为开通状态即将关断时，并联电容r C 可有效抑制1V 两端电压上升速度，降低关断损耗，抑制电压尖峰。
2.2软开关工作条件1V 工作在ZVS 开通状态，则必须在r C 两端电压Cr u 已为零而r L 上电流Lr i 还未衰减到零的时段内向1V 发送开通信号。
1V 从上个周期关断到这个周期开通的时间间隔（即关断时间）可表示为：)1(D T T g off -= （1）式中：D 为V 1门级脉冲的占空比。
谐振周期r r r L C T π2=。
即要实现1V 的ZVS 开启，需满足：r off rT T T <<2（2）2.3、电路参数设计in U 为2.9~3.1V ，额定3V ；输出直流电压0U 为0.4~0.45V ；额定功率0P =280W ；开关频率g f =500kHz 。
一种新型LCL谐振软开关推挽式直流变换器袁义生;蒋文军【摘要】提出了一种新型LCL谐振式DC/DC变换器拓扑.它的谐振元件LCL位于Push-Pull电路的输入侧.该Push-Pull变换器的功率开关管工作在占空比固定接近于0.5的非调制模式下,谐振电路频率至少为开关频率的两倍.利用变压器副边励磁电流的续流,变压器原边开关管mosfet工作在接近零电压(ZVS)的条件下.该变换器适用于蓄电池供电的低压大电流输入系统场合.在一台12 VDC输入,360 VDC输出的直流变换器中的应用试验表明,电路效率达到了92%,试验波形也证明了电路原理分析是正确的.【期刊名称】《华东交通大学学报》【年(卷),期】2009(026)001【总页数】5页(P71-75)【关键词】直流变换器;推挽电路;谐振式变换器;零电压软开关【作者】袁义生;蒋文军【作者单位】华东交通大学,电气与电子工程学院,南昌,330013;华东交通大学,电气与电子工程学院,南昌,330013【正文语种】中文【中图分类】TM46由低压蓄电池组、燃料电池等供电的逆变电源系统，通常采用两级串联电路结构.前级为DC-DC隔离升压电路，将低的电池电压转换成恒定的高压直流母线电压.后级为DC-AC变换器，将高直流母线电压转换成220 VAC或110 VAC的市电电压.在这些系统中，有限的电池储能对系统的效率提出了更高的要求.即使是中等功率的应用，电池的电流也将达到电池电压的上百倍.因为电路损耗大多在前级电路上，因此研究如何改善前级电路的效率是非常重要的.由于电池输入电压有较宽的变化范围以及电池电压过低(通常为12 V或24 V)，采用常用的移相全桥软开关［1］和半桥软开关电路［2］很难在额定电压工作点获得好的效率，成本也过高.文［3］［4］中提出了两种占空比固定的软开关Push-Pull电路方案以提高电路效率.文［3］中采用的是变压器副边串联LC谐振元件的方法.文［4］中用的则是变压器副边整流侧并联CL谐振元件的方法.两种方法都可以实现原边开关管mosfet的接近零电压(ZVS)导通，但对于其原理的分析却有错误之处.另外，文［1］中的谐振元件串联在主电电流回路中，这增加了元件的容量等级.而文［2］中谐振元件放置在副边，使得电池侧电流有很大脉动，需要增加额外的滤波电感.为此，本文提出了一种谐振元件LCL在变压器原边侧的变换器电路.该电路中利用了变压器漏感实现并联谐振，使得原边开关管mosfet在接近零电压条件下导通.电路各阶段的工作原理被详细分析.该电路工作原理在一台12 VDC输入，360 VDC输出的逆变器前级上得到验证，测试表明电路效率达到了92%.图1为所提出的LCL谐振式软开关Push-Pull DC-DC电路.三个谐振元件Ls，Cs 和Lleak位于变压器原边侧.其中Lleak是变压器原边漏感和副边漏感折射到原边值之和.为了使电池电流的纹波较小，输入电感Ls值应该远大于漏感Lleak.开关管Mosfet Q1和Q2受固定的接近但小于0.5占空比的信号轮流驱动.在一个完整的开关周期内，电路包含六个工作模式.各模式下主要变量的波形示意图如图2所示.1)模式1，T0～T1阶段在模式1阶段，功率管Q1受Vg1信号驱动在近零电压条件下导通，功率管Q2受驱动Vg2关断.输入电感Ls、谐振电容Cs和变压器漏感Lleak开始谐振，功率管Q1开始流过谐振电流Ids1.谐振电流从零开始，所以功率管Q1的近ZVS开通损耗几乎为零.因为输入电感Ls远大于Lleak，可简化认为谐振电流频率即谐振电容Cs和漏感Lleak的谐振频率fr.而且，谐振电流的直流分量由输入电感Ls提供，谐振电流的交流分量则由谐振电容Cs提供.在模式1中，变压器副边电流Is的初始值为励磁电流.2)模式2，T1～T2阶段在T1时刻，功率管Q1被驱动关断，流过该管电流Ids1开始下降.如果设置谐振频率fr为开关频率fs的近偶次倍，功率管关断时刻的电流接近于零，其关断损耗也接近于零.漏感电流对功率管Q1的寄生输出电容Cs1充电，对功率管Q2的寄生电容Cs2放电.功率管Q1端电压Vds1开始上升，功率管Q2端电压相应Vds2下降.同时，变压器副边电流Is下降.在T2时刻，Ids1下降到零，Is则由正向值(图4中所标实线方向)下降到等于反向励磁电流(图4中所标虚线虚线)处，此时反向励磁电流由二极管D2和D3的反向恢复电流提供.3)模式3，T2～T3阶段在T2时刻，因为变压器原边电流已经为零，变压器的工作相当是一个副边流过励磁电流，原边开路的空载变压器.在励磁电流的反电动势作用下，励磁电流通过二极管D1和D4续流.变压器副边电压迅速反向，从+Vout变到－Vout.相应的，变压器原边绕组电压被钳位在(Np/Ns)Vout值.因为开关管的占空比接近0.5，该值非常接近但小于Vin.所以，此时功率管Q2的端电压Vds2等于Vin－(Np/Ns)Vout，该值非常接近于零，为功率管Q2的近零电压开通创造了条件.在模式3阶段，反压－Vout施加在励磁电感上，故励磁电流有轻微下降.4)模式4，T3～T4阶段在T3时刻，功率管Q2驱动信号产生，在接近零电压(ZVS)条件下开通.之后，谐振电容Cs和漏感Lleak谐振，功率管Q2中流过谐振电流Ids2并通过变压器传递到副边，再经整流二极管D1和D4提供给负载.5)模式5，T4～T5阶段在T4时刻，功率管Q2驱动关断.变压器原副边电流同时下降.原边漏感电流对功率管Q2的寄生输出电容Cs2充电，其端电压Vds2上升.受变压器耦合影响，功率管Q1的寄生输出电容Cs1放电，端电压Vds1下降.到T5时刻，漏感电流Ids2下降到零，副边电流Is由反向上升到正向励磁电流值处.变压器原边处于开路状态.6)模式6，T5～T6阶段在T5时刻，副边励磁电感产生反电动势，副边电压迅速反向，从而使得励磁电流通过D2和D3续流.变压器副边电压被钳位为Vout，正向励磁电流逐渐减小.同时，因为变压器副边电压折射到变压器原边，使的功率管 Q1端电压 Vds1被钳在 Vin －(Np/Ns)Vout值，为功率管Q1的近ZVS开通创造了条件.模式6结束后，电路进入模式1工作.这就是该电路完整的一个工作周期状况.2.1 谐振公式图9表示了模式1和模式4发生谐振时的等效电路.其中，输入电感Ls因为纹波足够小而可以用直流源Iin表示，R是原边和副边折射到原边的电阻总和，Vout′是输出电压折射到原边值.根据图9列出状态方程如下:对上式求解并忽略次要项可以得到谐振电流is(t)的表达式为阻尼系数自然角频率特征阻抗由式(2)可见，谐振电流实际上是以输入电流Iin为偏置而做准正弦波衰减振荡的一个信号.2.2 漏感Lleak的参数设计与传统的利用变压器漏感能量来实现功率管零电压开通的方案不一样，本文所提方案是利用变压器副边励磁电流续流来实现功率管零电压开通.所以，设计变压器时不需要额外增加漏感Lleak，而应该尽量减小漏感的设计，使变压器效率提高. 2.3 谐振电容Cs的参数设计谐振电容Cs作为主要的谐振元件，提供流过开关管电流的交流成分，决定了谐振频率.但是，谐振电容Cs上的电压也存在交流分量和直流分量.忽略输入电感Ls和线路上的电阻时，其直流分量就等于输入电压.其交流分量的计算较复杂.忽略电路死区时间，当设计满足谐振频率fr等于两倍开关频率fs时.谐振电容Cs上的纹波电压可近似表示为:谐振电容Cs上的电压不宜过大.因为它会增加功率开关管的电压应力.功率开关管的额定电压Vds需满足2.4 谐振频率的设计为了使功率管关断时刻的电流尽量小以减小关断损耗，设计时可以使谐振频率fr 尽量接近于开关频率fs的偶次倍数.但倍数太高会带来高频损耗，所以通常将谐振频率fr设计成2倍或4倍的开关频率fs即可.按照表1的设定参数对提出的LCL谐振式Push-Pull电路做仿真，得到的波形见图10.由仿真波形可见，功率Mosfet管在接近ZVS条件下导通.设置的谐振频率接近开关频率的4倍，以减小谐振电容Cs的体积.因为输入电感Ls远大于漏感Lleak，输入电流连续且纹波极低.制作了一台10 VDC～14 VDC输入，额定220 VAC/1 kW输出的逆变器工业样机，其前级电路采用表1参数，后级采用了一种干扰前馈控制的全桥逆变器来调制前级电路不控的输出电压以得到符合要求的逆变器输出电压，见文［5］.试验测得的功率管Q1的端电压Vds，驱动电压Vgs，变压器副边电流Is和副边电压Vs波形如图11所示.由图可见，功率管的Vds在下降到接近零值后驱动电压Vgs才上升，所以功率管很好的实现了近ZVS开通，而且关断时刻电流也很小保证了小的关断损耗.测试的波形与分析和仿真波形吻合.测量该直流变换器得到的效率曲线见图12.电路在满载下效率超过了92%.一种利用变压器副边励磁电流续流来实现原边开关管ZVS开通的LCL谐振式Push-Pull电路被提出.该电路还具有输入电流纹波小的特点.因为该电路采用固定占空比非调制技术，适用于在电池供电的大电流输入多级系统中做前级升压电路.试验表明该电路具有高的效率，具有很好的实用价值.【相关文献】［1］张军明.中功率DC/DC变流器模块标准化若干关键问题研究［D］.杭州:浙江大学，2004. ［2］Yang B.Topology Investigation for Front End DC/DC Power Conversion for Distributed Power System［D］.Blacksburg，Virginia，USA:CPES 2003.［3］Boonyaroonate I.and Mori S..A New ZVCS Resonant Push-Pull DC/DC Converter Topology［C］.IEEE APEC’2002:28－36.［4］Ryan M J，Brumsickle W E，Divan D M et al.A New ZVS LCL-Resonant Push-Pull DC-DC Converter Topology［J］.IEEE Trans.on Industry Applications.1998，34(5):1164－1174. ［5］袁义生，宋平岗，张榴晨.一种新型高效率独立逆变电源的研究［J］.电气自动化，2008，30(4):9－11.。
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。
基于LCC谐振变换器的高压直流电源设计引言：高压直流电源在许多领域，如电力系统、电力电子设备和工业自动化等中都起着重要的作用。
传统的高压直流电源设计中，常常使用整流电路、滤波电路和电压调节电路等多个模块来完成。
然而，这种设计方式需要较多的元器件，造成系统的体积较大、效率较低、成本较高。
因此，LCC谐振变换器应运而生，并得到了广泛的应用。
本文将基于LCC谐振变换器设计一种高压直流电源。
一、LCC谐振变换器的基本原理LCC谐振变换器由L（电感）、C（电容）和C’（电容）三个元器件组成，其主要作用是通过电感和电容元器件来控制电流和电压的交换。
其基本工作原理如下：1.输入电压加到谐振电感L上，L充电；2.当L充电到电容电压C’时，C’开始放电；3.C’的放电电流经过L和C，供给输出负载，并达到输出电压；4.当输出电容C的电压升高到峰值时，L会开始放电；5.L的放电电流通过D（二极管）充电。
6.加到C'上的电压增加，电容电流变小；7.当电容电流降为零时，L将停止放电，同时充电；8.反复以上步骤。
1.确定输出电压：根据具体的应用要求确定输出电压的数值。
2.选择谐振电感L：根据输出电压和输出功率确定选择合适的谐振电感大小。
3.选择合适的电容C和C’：根据谐振电感L的选择结果，确定合适的电容C和C’的数值，以满足谐振频率的要求。
4.选择二极管D：根据设计负载电流和输出电压确定选择合适的二极管D。
5.设计谐振频率：根据所选用的L、C、C’和D的数值，通过计算得到谐振频率。
6.添加控制电路：在LCC谐振变换器设计中，控制电路的设计十分重要，可采用开关电源控制芯片进行设计。
7.进行仿真和优化：通过电路仿真软件（如PSIM等）对设计电路进行仿真，调整参数，优化电路性能。
8.布局和线路设计：将所设计的电路进行布局和线路设计，并进行PCB制板。
9.制造和测试：根据设计的PCB进行电路制造，并进行电路测试，验证设计电路的性能。
基于TEA1751的反激式准谐振开关电源的设计摘要：准谐振是一种能够实现零电压开通，减少开关损耗，降低EMI噪声的变换方式。
该文介绍了准谐振变换的工作原理，设计并实现了一种采用芯片TEA1751为控制电路的准谐振反激式开关电源。
与传统的反激式硬开关变换器相比，减少了开关管的开关损耗，提高了开关电源的效率。
关键词：开关电源；准谐振变换；零电压开关中图分类号：文献标识码：文章编号：0 引言随着电力电子技术的发展，电力电子设备与人们的工作、生活的关系日益密切，而电子设备都离不开可靠的电源，目前，开关电源以小型、轻量和高效率的特点被广泛应用于电子设备，是当今电子信息产业不可缺少的一种电源方式[1]。
由于开关电源频率的提高，开关电源苦工作在硬开关状态，开关管开通时，开关管的电流上升和电压下降同时进行。
关断时，电压上升和电流下降也同时进行。
电压、电流波形的交叠产生了开关损耗，该损耗随开关频率的提高而急剧增加。
为了提高电源的效率，就必须减少开关管的开关损耗。
也就是要求开关电源工作在软开关状态。
软开关技术实际上就是利用电容与电感的谐振，以使开关管上的电压或通过开关管的电流按正弦或者准正弦规律变化，在减少开关损耗的同时也可控制浪涌的发生。
在软开关技术中，有全谐振、准谐振、多谐振等变换方式[3]。
本文引入准谐振变换方式来提高开关电源的效率。
1 反激式准谐振变换基本工作原理图1反激式准谐振开关电源的原理图图1所示为反激式准谐振开关电源的原理图，其中：RP 包括变压器初级绕组的电阻以及线路电阻，T为开关变压器，Lm 为初级励磁电感量，Llk为初级绕组漏感量，VT为MOS开关管，VD为整流二极管，Co为滤波电容，电容Cr 为缓冲电容，也是谐振电容，包括开关管VT 的输出电容COSS ，变压器的层间电容以及电路中的其他一些杂散电容。
图2反激式准谐振开关电源的工作波形准谐振变换的工作波形如图 2 所示，在准谐振变换中，每个周期可分为4个不同的时间段，各时间段分析如下：（1）t0～t1 时段开关管导通，输入电压全部加到初级电感（包括励磁电感Lm和漏感Llk）上，电感电流以斜率线性增大。
半桥llc谐振+buck电路
半桥LLC谐振+Buck电路是一种用于降压和变换电压的电路。
半桥转换器基于半桥拓扑结构，使用LC谐振电路来实现零电压开关和零电流开关。
Buck拓扑则采用一个电感和一个开关来控制输出电压。
结合使用这两种拓扑，可以实现高效率、高性能的电源电路。
在该电路中，半桥谐振电路的作用是实现开关器件的零电压开关。
这样可以降低开关过程中的损耗，提高电路效率。
也可以通过调整谐振电路中的电感和电容参数，来实现不同输出功率和效率的要求。
Buck拓扑则用于实现输出电压的调节。
使用一个电感和一个开关来控制电压降低，可以实现较高的输出电压精度和响应速度。
同时，可以通过控制开关时间间隔和占空比，来调节输出电压的大小。
综上所述，半桥LLC谐振+Buck电路是一种高效率、高精度的降压和变换电路。
它适用于需要稳定、高效的电源电路，如电视机、电脑、手机等电子设备。
电力电子技术课程设计班级：电气1102学号：111704207姓名：韩爽扬州大学水利与能源动力工程学院电气工程及其自动化二零一五年一月目录第1章任务书 (1)一、课程设计的内容 (1)二、课程设计的目的和要求： (1)三、仿真软件的使用 (1)四、时间安排 (2)五、设计总结报告主要内容 (2)第2章软开关的类型 (4)2.1 软开关的基本概念 (4)2.2 软开关电路分类 (6)2.3 谐振开关变换器工作原理 (8)第3章主要单元电路 (10)3 .1零电压开关准谐振变换器 (10)3.1.1几种常见结构 (10)3.1.2工作原理 (11)第4章主电路的设计及参数的确定方法 (14)4.1零电压多谐振降压式变换器工作原理 (14)4.2设计参数的确定 (15)第5章理论仿真结果分析 (16)5.1原件参数的仿真研究 (16)第6章心得体会 (18)参考文献 (19)第1章任务书一、课程设计的内容零电压多谐振降压式变换器及其研究二、课程设计的目的和要求：1、进一步熟悉和掌握电力电子原器件的器件；2、进一步熟悉和掌握电力电子电路的拓扑结构和工作原理；3、掌握电力电子电路设计的基本方法和技术，掌握有关电路参数设计的方法；4、培养对电力电子电路的性能分析的能力；5、培养撰写研究设计报告的能力。
三、仿真软件的使用在电力电子系统中，需要应用大功率开关器件，因此对工程人员来说对所设计的电路最好能通过计算机分析和仿真，不断修改和完善电路。
PSPICE是当今世界上著名的电路仿真标准工具之一，是较早出现的EDA软件之一，1985年就由MICROSIM公司推出。
现在使用较多的是PSPICE 6.2，工作于Windows环境，整个软件由原理图编辑、电路仿真、激励编辑、元器件库编辑、波形图等几个部分组成，使用时是一个整体，但各个部分各有各的窗口。
新推出的版本为PSPICE 9.2，是功能强大的模拟电路和数字电路混合仿真EDA软件。
它可以进行各种各样的电路仿真、激励建立、温度与噪声分析、模拟控制、波形输出、数据输出、并在同一个窗口内同时显示模拟与数字的仿真结果。
无论对哪种器件哪些电路进行仿真，包括IGBT、脉宽调制电路、模／数转换、数／模转换等，都可以得到精确的仿真结果。
对于库中没有的元器件模块，还可以自已编辑。
PSPICE可以对电路进行以下一些工作：1.制作实际电路之前，仿真该电路的电性能，如计算直流工作点（Bias Point），进行直流扫描（DC Sweep）与交流扫描（AC Sweep），显示检测点的电压电流波形等。
2.估计元器件变化（Parametric）对电路造成的影响。
3.分析一些较难测量的电路特性，如进行噪声（Noise）、频谱（Fourier）、器件灵敏度（Sensitivity）、温度（Temperature）分析等。
4.优化设计。
PSPICE主要包括Schematics、Pspice、Probe、Stmed（Stimulus Editor）、Parts 等5个软件包。
其中：○1.Schematics是一个电路模拟器。
它可以直接绘制电路图，自动生成电路描述文件；并可对电路进行直流分析、交流分析、瞬态分析、傅立叶分析、环境温度分析、蒙特卡罗分析和灵敏度分析等多种分析；而且还可以对元件进行修改和编辑。
○2.Pspice是一个数据处理器。
它可以对在Schematics中所绘制的电路进行模拟分析，运算出结果并自动生成输出文件和数据文件。
○3.Probe是后处理器，相当于一个示波器。
它可以将在Pspice运算的结果在屏幕或打印设备上显示出来。
模拟结果还可以接受由基本参量组成的任意表达式。
○4.Stmed是产生信号源的工具。
它在设定各种激励信号时非常方便直观，而且容易查对。
○5.Parts是对器件建模的工具。
它可以半自动地将来自厂家的器件数据信息或用户自定义的器件数据转换为Pspice中所用的模拟数据，并提供它们之间的关系曲线及相互作用，确定元件的精确度。
四、时间安排1、方案设计：根据课程设计给定的内容和条件，进行调查研究、查阅参考文献，进行反复比较和可行性论证，确定出方案电路，画出主要单元电路、输入、输出及重要控制信号概貌的框图。
2、电路设计：根据方案设计框图，仿真软件上画出详细的逻辑图。
3、结合具体电路，设定合适的参数4、进行电路的仿真5、总结鉴定：考核所设计电路是否全面达到预定的技术指标，能否长期可靠地工作，并写出设计总结报告。
五、设计总结报告主要内容1、课程设计报告的题目2、课程设计的内容3、所设计电路的工作原理（包括电路原理图、理论波形）4、电路的设计过程5、各参数的计算6、仿真模型的建立、仿真参数的设置7、进行仿真实验，列举仿真结果8、对仿真结果的分析9，结论与收获第2章 软开关的类型2.1 软开关的基本概念在电力开关变换器的发展过程中，20世纪50年代，脉宽调制(PWM)硬开关技术的出现，为电力电子技术的发展揭开了新的序幕。
PWM 技术以其电路简单，控制便而获得了广泛应用。
一般说来，PWM 技术是指在开关变换过程中保持开关频率恒定但是通过改变开关的接通时间长短，使得当负载变化时，负载上的电压输出变化不大的方法。
但是这种开关技术是一种“硬开关”，即开关管的通断控制与开关管上流过的电流和器件两端所加的电压无关，功率开关管的开通和关断是在器件上的电压或电流不等于零的状态下强迫进行的，开关损耗很大。
尤其是现代电力电子技术正在向高频更高频的方向发展，PWM 硬开关技术使得开关损耗已经成为高频化发展的显著障碍。
下面详细说明开关损耗的产生机理如图2.1a ） 硬开关的开通过程b ）硬开关的关断过程2.1硬开关的开关过程开关电源中所应用的功率开关器件GTR ，MOSFET 等并不是理想的开关器件。
在硬开关开关电源技术中，如图2．8在开通的过程中开关管的电压不是立即下降到零，而是有一个下降时间，同时它的电流也不是立即上升到负载电流，也有一个上升时间。
在这段时间里，电压和电流有一个交叠区，从而产生损耗，称之为开通损耗,其值由式(2-1)给出：dt I V on P ce Tce loss ⎰=0)( （2-1） 式中T 是开通或关断时间。
当开关管关断时，开关管的电压不是立即上升到电源电压，而是有一个上升时间，同时开关管的电流也不是立即下降到零，也有一个下降时间。
在这段时间里电压和电流也有一个交叠区，所产生的损耗称之为关断损耗(Turn —off lass)其值同样可以由式(2-1)计算得到。
将开关管工作过程中产生的开通损耗和关断损耗通称之为开关损耗(Switching Loss)。
在一定条件下，开关管在每个周期中的开关损耗是恒定不变的，提高变换器的频率则开关管的开关损耗也随着增加，其单管总开关损耗由式(2-2)给出：Icedt Vce f dt I V f on P offon T ce T ce loss ⎰⎰+=00)( (2-2) 其中f 是开关频率。
由式(2-2)可知，开关频率越高，损耗越大，变换器的效率就越低。
开关损耗的存在严重地限制了开关电源的小型化和轻量化以及开关频率的提高。
开关管工作在硬开关状态下，会产生较大的电磁干扰：同时在开关过程中开关管也会承受较大的电压和电流应力，为了减小开关管在工作时产生的电磁干扰和免受过压过流损坏同时减小开关电源的体积和重量，必须实现高频化，高效率化，其方法就是减小开关损耗。
减小开关损耗的方法除了选择高性能的器件外还有就是实现变换器开关管的软开关。
通过在原电路的开关电路中增加很小的电感、电容等谐振元件，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，降低他们的变化率，从而大大减少甚至消除损耗和开关噪声，这样的电路称为软开关电路。
使开关条件得以改善。
软开关有时也被成为谐振开关。
软开关电路中的典型的开关过程如图2.2，具有这样开关过程的开关称为软开关。
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。
a)软开关的开通过程 b ）软开关的关断过程图2.2 软开关的开关过程根据实现策略的不同，可以把软开关分为两类：零电流开关、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。
零电流开关有两层含义：在开关管关断前，预先使其电流减小到零，从而实现零电流关断；在开关管开通过程中，设法使其电流保持为零，或者限制电流的上升率，使之只以很小的电流与电压交叠，从而实现或近似实现零电流开通。
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。
零电压开关也有两层含义：在开关管开通前，预先使其电压减小到零，从而实现零电压开通；在开关管关断过程中，设法使其电压保持为零，或者限制电压的上升率，使之只以很小的电压与电流交叠，从而实现或近似实现零电压关断。
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。
2.2 软开关电路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，如图2.3。
a）开关基本单元b）降压变换器的基本单元C）升压变换器的基本单元d）升降压变换器的基本单元2.3 基本开关单元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，可以分为两类：零电压开关准谐振电路;零电流开关准谐振电路;零电压开关多谐振电路;用于逆变器的谐振直流环节，如图2.4。
a）b）c）a）图为零电压开关准谐振电路基本单元b）图为图为零电流开关准谐振路基本单元，c）图为零电压开关多谐振电路基本单元，2.4 准谐振电路的基本单元特点：谐振电压峰值很高，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。
