第十九讲：软开关的基本概念及分类

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。

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。

什么是软开关?软开关的分类凡用控制的方法使电子开关在其两端的电压为零时导通电流,或使流过电子开关的电流为零时关断,则此开关称为软开关。

它能克服传统的硬开关的开关损耗,理想的软开关的开关损耗为零,从而可提高功率变换器的传输效率。

一、软开关概述硬开关是在控制电路的开通和关断过程中，电压和电流的变化剧烈，产生较大的开关损耗和噪声，开关损耗随着开关频率的提高而增加，使电路效率下降；开关噪声给电路带来严重的电磁干扰，影响周边电子设备的工作。

软开关是在硬开关电路的根底上，增加了小电感、电容等谐振器件，构成辅助换流网络，在开关过程前后引入谐振过程，开关在其两端的电压为零时导通；或使流过开关的电流为零时关断，使开关条件得以改善，降低传统硬开关的开关损耗和开关噪声，从而提高了电路的效率。

软开关包括软开通和软关断。

理想的软开通过程是：电压先下降到零后，电流再缓慢上升到通态值，所以开通时不会产生损耗和噪声，软开通的开关称之为零电压开关。

理想的软关断过程是：电流先下降到零后，电压再缓慢上升软开关技术大体上分为零电压开关和零电流开关，到通态值，所以关断时不会产生损耗和噪声，软关断的开关称之为零电流开关。

二、软开关的分类根据开关元件开通和关断时电压电流状态，可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。

1.零电压开关①零电压开通：开关开通前其两端电压为零开通时不会产生损耗和噪声。

②零电压关断：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。

2.零电流开关①零电流关断：开关关断前其电流为零关断时不会产生损耗和噪声。

②零电流开通：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。

3.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。

是最早出现的软开关电路。

其电压峰值很高，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。

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。

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。

4.智能家居：软开关是智能家居系统中的核心技术之一。

通过软件控制家庭设备的开关状态，可以实现智能家居系统的自动化控制和管理。

软开关可以用于实现家庭电器的远程操控和定时控制，以及实现家庭安防和能源管理等功能。

软开关技术及其应用1.软开关技术的简介1.1软开关技术的基本概念软开关：在原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，消除电压、电流的重叠。

降低开关损耗和开关噪声。

近年来开展的软开关技术研究为克服上述缺陷提供了一条有效的途径。

和硬开关工作不同，理想的软关断过程是电流先降到零，电压在缓慢上升到断态值，所以关断损耗近似为零。

由于器件关断前电流已下降到零，解决了感性关断问题。

理想的软开通过程是电压先降到零，电流在缓慢上升到通态值，所以开通损耗近似为零，器件结电容的电压亦为零，解决了容性开通问题。

同时，开通时，二极管反向恢复过程已经结束，因此二极管方向恢复问题不存在。

1.2软开关技术的工作原理图一软开关的开关、关断过程通过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，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，从而大大减小甚至消除开关消耗。

同时，谐振过程限制了开关过程中电压电流的变化率，这使得开关噪声显著减小。

理想开关过程：零压导通零压关断，开通和关断零损耗零噪声。

2.软开关电路的种类及特点根据电路中主要的开关元件是零电压开通还是零电流关断，可以将软开关电路分成零电压电路和零电流电路两大类。

通常，一种软开关电路要么属于零电压电路，要么属于零电流电路。

但也有个别电路中，有些开关是零电压开通，另一些开关是零电流关断的。

根据软开关技术发展的历程，可以将软开关电路分成以下三种：1）准谐振电路. 是最早出现的软开关电路。

准谐振电路中电压或电流的波形为正弦半波，谐振的引入使得电路的开关损耗和开关噪声大大下降，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。

准谐振电路可以分为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和用于逆变器的谐振直流环。

2) 零开关PWM电路.电流和电压基本上是方波。

开关承受的电压明显降低。

电路不采用开关频率固定的PWM控制方式。