谐振软开关PWM

PWM技术PWM是一种对模拟信号电平进行数字编码的方法。

通过高分辨率计数器的使用，方波的占空比被调制用来对一个具体模拟信号的电平进行编码。

PWM信号仍然是数字的，因为在给定的任何时刻，满幅值的直流供电要么完全有（ON），要么完全无（OFF）。

电压或电流源是以一种通（ON）或断（OFF）的重复脉冲序列被加到模拟负载上去的。

通的时候即是直流供电被加到负载上的时候，断的时候即是供电被断开的时候。

只要带宽足够，任何模拟值都可以使用PWM 进行编码。

中文名：脉宽调制技术外文名：Pulse Width Modulation简称：PWM技术优点：被控系统信号都是数字形式的目录.1简介.2优点.3几种PWM控制方法.▪等脉宽PWM法.▪随机PWM.▪ SPWM法.▪低次谐波消去法.▪梯形波与三角波比较法.▪线电压控制PWM.▪电流控制PWM.▪空间电压矢量控制PWM.▪矢量控制PWM.▪直接转矩控制PWM.▪非线性控制PWM.▪谐振软开关PWM简介脉宽调制（PWM，Pulse Width Modulation）是利用微处理器的数字输出来对模拟电路进行控制的一种非常有效的技术，广泛应用在从测量、通信到功率控制与变换的许多领域中 [1]。

优点PWM的一个优点是从处理器到被控系统信号都是数字形式的，在进行数模转换。

可将噪声影响降到最低（可以跟电脑一样}。

噪声只有在强到足以将逻辑1改变为逻辑0或将逻辑0改变为逻辑1时，也才能对数字信号产生影响。

对噪声抵抗能力的增强是PWM相对于模拟控制的另外一个优点，而且这也是在某些时候将PWM用于通信的主要原因。

从模拟信号转向PWM可以极大地延长通信距离。

在接收端，通过适当的RC或LC网络可以滤除调制高频方波并将信号还原为模拟形式。

PWM控制技术一直是变频技术的核心技术之一。

1964年A.Schonung和H.stemmler首先提出把这项通讯技术应用到交流传动中，从此为交流传动的推广应用开辟了新的局面。

现代电力电子技术中的软开关技术摘要：论述了现代电力电子技术的软开关技术及其新发展，论述了由无损耗缓冲技术和谐振技术组合而成的软开关技术。

关键词：软开关谐振现象变换器一、引言电力电子技术利用无源功率器件和半导体功率器件、大规模集成电路和微处理器、传感与信息处理技术、现代控制理论、计算机仿真与辅助设计技术，以功率变化电路为对象，研究对电能进行变换和控制的规律，以其独特的、不可取代的特殊功能，广泛应用于国民经济的各个领域。

开关电源的高频化是实现电源装置的高性能、高效率、高可靠性，减小体积和重量的重要途径。

开关电源的高频化增大了变换器的功率密度和性能价格比，而且极大地提高了瞬时响应速度，抑制了电源所产生的音频噪声。

软开关（softswitching）技术是近年来电力电子学领域中的一个主要研究方向。

对软开关理论的深入研究，使软开关技术成为电力电子变换技术的核心内容尤其是能有效地减小电能变换装置引起的环境污染（噪声等）和电磁污染（emi），为发展无公害电力电子产品提供了有效的方法和途径。

二、谐振软开关的工作原理，种类及特点谐振软开关是八十年代提出并用于dc-dc变换器中[2]。

它利用电路发生谐振时，电流或电压形成周期性地过零点，并使开关器件在在零电流或零电压条件下接通或切断，因此理论上它的开关损耗为零，避免了硬开关由于电压电流波形交叠而产生开通及关断损耗。

软开关包括软关断和软开通。

按驱动信号的时序来分又可以分为零电压开通、零电压关断与零电流开通、零电流关断。

各种软开关与硬开关的波形比较如下：图1 软开关和硬开关的波形比较图中零电流关断信号在t2或t2以后发出，零电压关断信号在t1发出。

零电流开通信号在t2或t2以后发出，零电压开通信号在t1发出。

谐振软开关电路中的零电流和零电压条件是由辅助的谐振电路提供的，辅助电路一般由辅助谐振元件l和c和电力电子开关器件s构成。

辅助谐振电路中的开关器件s也是在零电流或零电压条件下实现通断。

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。

┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊装┊┊┊┊┊订┊┊┊┊┊线┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊第四章 PWM控制技术PWM控制技术在逆变电路中的应用最为广泛，对逆变电路的影响也最为深刻。

现在大量应用的逆变电路中，绝大部分都是PWM型逆变电路。

可以说PWM控制技术正是有赖于在逆变电路中的应用，才发展得比较成熟，才确定可它在电力电子技术中的重要地位。

正因为如此，本章主要以逆变电路为控制对象来介绍PWM控制技术。

实际上，离开了PWM控制技术对逆变电路的介绍就是不完整的。

4.1 PWM控制脉宽调制(PWM:Pulse Width Modulation)是利用微处理器的数字输出来对模拟电路进行控制的一种非常有效的技术，广泛应用在从测量、通信到功率控制与变换的许多领域中。

简而言之，PWM是一种对模拟信号电平进行数字编码的方法。

通过高分辨率计数器的使用，方波的占空比被调制用来对一个具体模拟信号的电平进行编码。

PWM信号仍然是数字的，因为在给定的任何时刻，满幅值的直流供电要么完全有(ON)，要么完全无(OFF)。

电压或电流源是以一种通(ON)或断(OFF)的重复脉冲序列被加到模拟负载上去的。

通的时候即是直流供电被加到负载上的时候，断的时候即是供电被断开的时候。

只要带宽足够，任何模拟值都可以使用PWM进行编码。

4.1.1 PWM控制的基本原理随着电子技术的发展，出现了多种PWM技术，其中包括：相电压控制PWM、脉宽PWM法、随机PWM、SPWM法、线电压控制PWM等，而在镍氢电池智能充电器中采用的脉宽PWM法，它是把每一脉冲宽度均相等的脉冲列作为PWM波形，通过改变脉冲列的周期可以调频，改变脉冲的宽度或占空比可以调压，采用适当控制方法即可使电压与频率协调变化。

可以通过调整PWM的周期、PWM的占空比而达到控制充电电流的目的。

模拟信号的值可以连续变化，其时间和幅度的分辨率都没有限制。

9V电池就是一种模拟器件，因为它的输出电压并不精确地等于9V，而是随时间发生变化，并可取任何实数值。

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。