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运用软开关技术的Boost电路原理及实现1 引言采用硬开关工作方式的Boost电路，在开关频率很高时，其开关损耗增大，电源效率降低。
为了提高开关电源的频率和效率，必须减小开关损耗。
本文提出了一种运用软开关技术的Boost电路，该电路实现简便，开关频率恒定，控制简单。
通过对该电路工作原理的分析，以及仿真及实验的结果，证明该电路具有良好的减少开关损耗及提高电源效率的作用。
2 主电路拓扑及工作原理分析该电路的拓扑如图1所示。
从图中可以看出，它是由传统的Boost 电路与由D2、D3、Lr、Cr组成的谐振电路连接而成的。
该电路工作过程如图2所示。
为了讨论的方便，我们假定L1中的电流和Cf中的电压在一个开关周期内保持不变。
电路工作波形如图3所示。
1) 第一阶段[t0－t1]t0时刻二极管D1导通，能量由电源向负载输送。
2) 第二阶段[t1－t2]S1在ZCS的状态下开通，t2时刻Lr中的电流线性下降到零。
由于D1保持导通，Cr的电压保持在Vo。
3) 第三阶段[t2－t3]t2时刻D1截至，谐振开始，D2导通，电容Cr向Lr充电，Cr上的电压由V o变到－Vi。
4) 第四阶段[t3－t4]t3时刻D3导通，Cr中的电压与输入电压相等。
在这个阶段中，Lr 中的电流线性减小到零。
5) 第五阶段[t4－t5]t4时刻Lr中的电流变为0，D2、D3截至。
6) 第六阶段[t5－t6]t5时刻S1在ZVS的状态下断开，D3为电流ii提供一条通路，电容线性放电。
7) 第七阶段[t6－t7]t6时刻电容Cr上的电压变为（Vo－Vi）时，D1导通。
在此过程中，Lr和Cr又有一次谐振，直至VCr变为V o。
8) 第八阶段[t7－t8]t7时刻VCr=V o时，D2导通，Lr中的电流线性上升，直至电流变为Ii。
该阶段结束后，便开始，下一个周期。
从图3中可以看出，电路是工作在软开关状态下的。
3 电源变换范围的讨论为了便于对电路电压增益进行定量的分析，我们假定所有的元器件都是理想的。
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。
SIMetrix 在“开关电源及其软开关技术”教学中的应用为了完善专业的知识结构、配合学校培养应用型人才的办学思路，华南理工大学广州学院电气工程学院为本科生开设了“开关电源及其软开关技术”这门课程。
该课程是“电力电子技术” 的后续课程，系统地介绍了开关电源电路的结构组成、工作原理、设计方法和开发过程，其综合性、工程性和实用性很强。
目前，课程在教学中存在的主要问题：第一，虽然在课堂教学中使用了多媒体课件，但依然需要花费大量精力对电路工作原理及其波形进行描述和分析，学生仅凭听讲还是很难深入理解。
第二，在本科生中开设该课程的高校较少，在市场上很难找到针对该课程的实验装置，学生学习的理论知识得不到很好的验证。
第三，开关电源的硬件开发是一项知识面要求宽、难度大又危险的复杂技术工作，受时间、空间、物质条件等因素限制，在这方面不能做过多要求，因此学生动手能力得不到真正的锻炼。
为了弥补以上不足，本文提出在课程教学中引入SIMetrix 仿真工具。
借助该仿真软件，学生更容易理解理论知识，还可以在课堂外对所学的知识加以验证以及进行一些设计应用，从而激发学习的兴趣并增强实践能力。
一、SIMetrix 仿真软件介绍特点一：包含丰富的器件模型。
模型库不仅包含了理想的电路元件，同时还提供了比较通用的、常见的半导体器件和各类应用广泛的集成电路控制芯片，在此基础上足以构建完整的开关电源系统。
特点二：先进的测量功能。
波形可通过选择检测器然后点击原理图生成，或在原理图上放入固定的检测器生成，可在仿真后甚至仿真时查看波形，非常方便。
特点三：强大的波形处理功能。
为波形分析提供RMS、frequency、-3dB、FFT等40多种函数，选择这些函数可获得计算结果并显示在波形旁边。
特点四：具有多种分析功能。
包括瞬态分析、交流分析、直流分析、噪声分析、传输函数分析等，每种分析功能下又提供多种扫描模式，如频率扫描、器件扫描、参数扫描、模型参数扫描、温度扫描、蒙特卡罗扫描等等。
软开关技术对通信电源的影响当今时代的发展，软开关技术作为一种新型技术的发展和运用使得越来越多的生产厂商受益，这是在信息化时代下，利用科技技术的研发和尝试。
软开关先进技术的使用更是在通信电源的应用中更具有实际的现实意义，其更为安全、操作更为科学化，在通信电源中的应用是如虎添翼。
1通信电源目前存在的弊端通信电源一般会出现问题较多的是整流模块退出、模块不均流、电池久压不保护、空开跳开、防雷器故障、保险管断开等。
而出现直流断电器故障，是由于我们采用的是直流断器，触点使用的是常闭触点，如若对断路器发出断开指令无反应时，易出现直流配电单元故障。
而在另一方面交流配电单元也易出现明显的故障，交流变送器出现了异常，无法正常地运转。
通信电源系统在通信系统所具有的地位不可替代，一旦通信电源系统故障引起对通信设备的供电中断，通信设备就会完全失灵，无法正常工作运转，造成通信电路中断、通信系统瘫痪，从而造成重大的经济损失和社会负面效益。
其中，目前通信电源系统常见的问题和弊端有以下几种：（1）交流配电单元的问题中的防雷器单元，在易发生的故障当中，防雷器易损坏。
（2）交流输入缺相，造成的因素很多，往往无法正确及时分析得出解决方案，其中涉及的是交流变送器的故障。
（3）交流接触器不吸合，造成的因素是交流输入的A相缺相，交流接触器线圈供电保险丝烧坏，交流接触器控制板出现故障。
（4）直流断路器的故障问题，直流电流显示不正确，其电流传感器斜率选择不正确，非常大的电流值显示不正确。
2软开关技术原理及其优越性2、1软开关技术原理硬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。
而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。
软开关其工作原理是，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。
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。
