软开关技术简介

基于软开关技术的开关电源设计简介开关电源是一种用于电子设备中的高效能源转换系统，它将输入的电力转换成符合负载要求的电力，稳定可靠，广泛应用于各种电子设备中。

软开关技术是一种改进传统硬开关技术的技术，它通过在开关管上加入合适的电容和电感元件来实现输出电压的平滑转换，并保证当电流不为零时开关管处于关断状态，从而减少能量损耗和EMI噪声。

本文将介绍基于软开关技术的开关电源设计方法和注意事项。

软开关电源设计原理软开关电源的基本结构框图如下：+Vcc --+|R1|+--__|--+---o Vout| D1 | |+-----+ C1| Q1|__b__||+-----+| |Primary o | | o Secondary+----------o o------------------o Ground其中，Q1为MOSFET开关管，D1为防反二极管，C1为输出电容，R1和L1为软开关电路中的元件，它们分别用于控制Q1的开关时间和输出电压的波形。

Q1开关时的过程可以分为四个主要状态：1.Q1关断，D1导通，电感L1储存电荷；2.Q1关断，D1截止，C1输出，电感L1储存能量；3.Q1导通，D1截止，输出变化缓慢，电感L1提供电流；4.Q1导通，D1截止，输出达到稳态，C1和L1共同提供平稳输出电压。

这样，软开关电路减少了传统开关电路中硬开关时的能量损耗和EMI噪声。

软开关电源设计方法选择开关管选择适合特定应用的MOSFET是软开关电源设计中至关重要的一步。

常见的选型指标有：1.额定电压和电流；2.开关速度；3.典型导通电阻；4.封装类型和体积；5.成本和可获取性。

计算电路参数硬开关电源的变压器绕组匝数、电感电容和电阻值通常是固定参数，而软开关电源中它们的选择和计算则更加复杂。

主要的计算参数有：1.输入电压范围和输出电压要求；2.输出电流范围和负载特性；3.开关频率和占空比；4.转换效率和损耗功率；5.输出电容和电感元件参数。

三相逆变器中应用的软开关技术主要涉及零电压开关（ZVS）和零电流开关（ZCS）。

软开关技术通过在电路中加入缓冲电感、电容，利用电感、电容的谐振作用，使功率开关器件两端电压或电流为零，从而降低开关损耗和电磁干扰。

此外，软开关技术还可以提高电力电子变换器的效率，降低电磁干扰和工频电磁噪声，提高开关管的可靠性。

软开关拓扑结构随着微型逆变器在商业应用中不断增加而不断发展，其中三相微型逆变器克服了单相微型逆变器的缺点，如三相功率不平衡，需采用电解电容来实现功率解耦等。

在三相逆变器中应用软开关技术，主要是将两电平逆变器的软开关拓扑（谐振极型逆变器和谐振直流环节逆变器）拓展到三电平逆变器中。

软开关技术的优点使其成为新能源转换中的核心部件，逆变技术一直是新能源研究的重点。

现代社会对电网品质要求不断提高，以及对逆变器小型化、高效化、低谐波污染的要求，简单的两电平逆变器已难以满足这些要求。

而采用H电平逆变器具有输出电压质量高、电流谐波含量少、更加高效等优点。

如需了解更多关于三相逆变器和软开关技术的信息，建议查阅电力电子和电力传动领域的权威期刊，或者咨询相关研究专家。

1．引言将谐振变换器与PWM技术结合起来构成软开关PWM的控制方法，集谐振变换器与PWM控制的优点于一体，既能实现功率开关管的软开关，又能实现恒频控制，是当今电力子技术领域发展方向之一。

在直/直变换器中，则以全桥移相移控制软开关PWM变换器的研究十分活跃，它是直流电源实现高频化的理想拓扑之一，尤其是在中、大功率的应用场合。

目前全桥移相控制软开关PWM变换器的研究热点已由单纯地实现零电压软开关（ZVS）转向同时实现零压零流软开关（ZVZCS）。

全桥移相控制ZVS方案至少有四点缺陷：全桥电路内有自循环能量，影响变换效率。

副边存在占空度丢失，最大占空度利用不充分。

在副边整流管换流时，存在谐振电感与整流管的寄生电容的强烈振荡，导致整流管的电压应力较高，吸收电路的损耗较大，且有较大的开关噪音。

滞后臂实现零电压软开关的范围受负载和电源电压的影响。

另外，在功率器件发展领域，IGBT以其优越的性价比，在中大功率的应用场合已普遍实用化，适合将IGBT的开关方式软化的技术则是零电流开关（ZCS）。

因而，针对全桥移相控制ZVS方案存在的问题，各种全桥相移ZVZCS软开关的方案应运而生。

2．全桥ZVZCS软开关技术方案比较目前，正在研究或已产品化的全桥ZVZCS软开关技术主要有以下3种：变压器原边串联饱和电感和适当容量的隔直阻断电容。

变压器原边串联适当容量的隔直阻断电容，同时滞后臂的开关管串联二极管。

利用IGBT的反向雪崩击穿电压使原边电流复位的方法实现ZCS软开关。

除方案3为有限双极性控制方式以外，其它几种方案的控制方式全为相移PWM方式。

上述几种方案都能解决全桥相移ZVS的固有缺陷，如大幅度地降低电路内部的自循环能量，提高变换效率；减少副边的占空度丢失，提高最大占空度的利用率；软开关实现范围基本不受电源电压和负载变化的影响，实现全负载范围内的高变换效率。

为提高电路的开关频率准备了条件，使整机的轻量化，小型化成为可能，可进一步提高整机的功率变换密度，符合电力电子行业的发展方向。

电机控制软开关技术要求
电机控制软开关技术是一种用于控制电机的技术，其主要目的是实现电机的高效、可靠和精确控制。

以下是一些常见的电机控制软开关技术要求：
1. 效率和能耗：软开关技术应能够提高电机的效率，降低能耗。

通过优化开关动作，可以减少开关损耗，提高能量转换效率。

2. 噪声和振动：软开关技术应能够减少电机运行过程中的噪声和振动。

通过平滑的开关动作，可以降低电磁干扰和机械振动，提高电机的运行平稳性。

3. 可靠性和寿命：软开关技术应具有高可靠性和长寿命。

它应该能够承受电机运行过程中的电应力、热应力和机械应力，并具有良好的耐久性。

4. 控制精度和响应速度：软开关技术应能够提供高精度的电机控制，确保电机的转速、转矩和位置等参数能够准确地控制和调节。

同时，响应速度也是一个重要的要求，能够快速响应控制信号。

5. 兼容性和可扩展性：软开关技术应与现有的电机控制系统和硬件兼容，并具有一定的可扩展性，以便适应不同类型和规格的电机。

6. 保护功能：软开关技术应具备适当的保护功能，如过流保护、短路保护、过热保护等，以确保电机和控制系统的安全运行。

7. 调试和监测：软开关技术应提供方便的调试和监测手段，以便对电机的运行状态进行实时监测和故障诊断。

这些要求是电机控制软开关技术的一般准则，具体的技术要求可能会根据应用场景和特定需求而有所不同。

在选择和应用电机控制软开关技术时，应根据实际情况进行评估和选择，以满足特定的控制要求。

请注意，这只是一些常见的要求，具体的电机控制软开关技术可能会有其他特定的要求。

电源技术概述直流变换器分类非隔离：Buck 、Boost 、Buck/Boost 、Cuk 、Zeta 、Sepic隔离： 单管正激Forward 、单管反激Flyback 、双管正激、双管反激、推挽、半桥、全桥 通常变压器隔离在功率开关管电压和电流定额相同时，变换器的输出功串通常与所用开关管的数量 成正比，故四管变换器的输出功率最大，而单管变换器的输出功率最小。

硬开关：承受电流、电压的情况下接通或断开电路。

开关损耗，频率越高损耗越大。

软开关：开关管开通或关断过程中，电压为零或电流为零。

硬开关Buck电流连续输出：D V V in O ⨯=脉动：28)1(V s f f Of C L V D -=∆（理论）、ESR )1(V ∙-=∆sf Of L V D （电容损耗、等效串联电阻ESR ）Q 、D 承受电压VinBoost电流连续 输出：D-11V V in O ⨯= 脉动：sf Of C D I V =∆ Q 、D 承受电压VoBuck/Boost连续输出：D DV in -∙=1V O Q 、D 承受电压：DO V脉动：sf O f C D I V =∆Cuk连续输出：D D V in -∙=1V OQ 、D 承受电压：O in V +VZeta输出：D D V in -∙=1V OQ 、D 承受电压：O in V +V脉动：28)1(V s f f Of C L V D -=∆Sepic输出：D D V in -∙=1V O Q 、D 承受电压：DOV正激磁复位方法：输入端接复位绕组、RCD 复位、LCD 复位、有源箝位W3复位绕组输出：12D V W W V in O ∙∙= in D V W W ∙=122V in D V W W ∙=321V in D V W W ∙+=1313W V 复位条件：311max D W W W +=反激铁芯必须有气隙，保证铁芯不饱和。

由于电路简洁，所用元器件少，适合于多输出场合使用。

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。