軟開(kāi)關(guān)基本概念

軟開(kāi)關(guān)（Soft-Switching）是相對(duì)硬開(kāi)關(guān)(Hard-Switching)而言的。

通過(guò)在開(kāi)關(guān)過(guò)程前后引入諧振，使開(kāi)關(guān)開(kāi)通前電壓先降到零，關(guān)斷前電流先降到零，就可以消除開(kāi)關(guān)過(guò)程中電壓、電流的重疊，降低它們的變化率，從而大大減小甚至消除開(kāi)關(guān)損耗。同時(shí)的，諧振過(guò)程限制了開(kāi)關(guān)過(guò)程中電壓和電流的變化率，這使得開(kāi)關(guān)噪聲也顯著減小。這樣的電路被稱為軟開(kāi)關(guān)電路，而這樣的開(kāi)關(guān)過(guò)程也被稱為軟開(kāi)關(guān)（Soft-Switching）。

理想的軟關(guān)斷過(guò)程是電流先降到零，電壓再緩慢上升到斷態(tài)值，所以關(guān)斷損耗近似為零。由于器件關(guān)斷前電流已下降到零，解決了感性關(guān)斷問(wèn)題。理想的軟開(kāi)通過(guò)程是電壓先降到零，電流再緩慢上升到通態(tài)值，所以開(kāi)通損耗近似為零，器件結(jié)電容的電壓亦為零，解決了容性開(kāi)通問(wèn)題。同時(shí)，開(kāi)通時(shí)，二極管反向恢復(fù)過(guò)程已經(jīng)結(jié)束，因此二極管反向恢復(fù)問(wèn)題不存在。

軟開(kāi)關(guān)是電器回路中用于連通和切斷負(fù)載的一種方式和裝置，這種方式系指負(fù)載的切斷和接通不是瞬間突然地完成，而是逐漸地由小到大完成接通過(guò)程，逐漸地由大到小完成切斷過(guò)程?，F(xiàn)實(shí)中的軟開(kāi)關(guān)可見(jiàn)于照明回路，對(duì)于一盞燈開(kāi)啟時(shí)由不亮到微亮再到全亮逐漸地緩慢地完成，關(guān)閉過(guò)程則相反。軟開(kāi)關(guān)的引入可以避免燈光突然變化給人眼造成的刺激，特別在全黑暗的情況下更為重要。現(xiàn)實(shí)中軟開(kāi)關(guān)的實(shí)現(xiàn)方式有：對(duì)于白熾燈等電阻性負(fù)載常常使用可控硅調(diào)節(jié)導(dǎo)通角的方式來(lái)實(shí)現(xiàn)當(dāng)開(kāi)啟燈光時(shí)導(dǎo)通角由0到180度漸變，當(dāng)燈光關(guān)閉時(shí)導(dǎo)通角則反過(guò)來(lái)由180度漸變，這樣便實(shí)現(xiàn)了軟開(kāi)關(guān)的開(kāi)啟和關(guān)閉。對(duì)于熒光燈類(lèi)負(fù)載則通過(guò)調(diào)節(jié)占空比的方式來(lái)實(shí)現(xiàn)。

零電壓開(kāi)通

◆開(kāi)關(guān)開(kāi)通前其兩端電壓為零，則開(kāi)通時(shí)不會(huì)產(chǎn)生損耗和噪聲。

■零電流關(guān)斷

◆開(kāi)關(guān)關(guān)斷前其電流為零，則關(guān)斷時(shí)不會(huì)產(chǎn)生損耗和噪聲。

■零電壓關(guān)斷

◆與開(kāi)關(guān)并聯(lián)的電容能延緩開(kāi)關(guān)關(guān)斷后電壓上升的速率，從而降低關(guān)斷損耗。

■零電流開(kāi)通

◆與開(kāi)關(guān)串聯(lián)的電感能延緩開(kāi)關(guān)開(kāi)通后電流上升的速率，降低了開(kāi)通損耗。

在很多情況下，不再指出開(kāi)通或關(guān)斷，僅稱零電壓開(kāi)關(guān)和零電流開(kāi)關(guān)。

簡(jiǎn)單的利用并聯(lián)電容實(shí)現(xiàn)零電壓關(guān)斷和利用串聯(lián)電感實(shí)現(xiàn)零電流開(kāi)通一般會(huì)給電路造成總損耗增加、關(guān)斷過(guò)電壓增大等負(fù)面影響，因此是得不償失的.

主要開(kāi)關(guān)過(guò)程為軟開(kāi)關(guān)的電路稱為軟開(kāi)關(guān)電路。

根據(jù)軟開(kāi)關(guān)技術(shù)發(fā)展的歷程，分為以下三類(lèi)：準(zhǔn)諧振電路，零開(kāi)關(guān)PWM電路，零轉(zhuǎn)換PWM電路。 2100433B

軟開(kāi)關(guān)技術(shù)的主要思想是通過(guò)在回路中加入緩沖電感、電容，通過(guò)電感、電容的諧振作用，使功率開(kāi)關(guān)器件兩端電壓或者電流為零。當(dāng)功率開(kāi)關(guān)器件在零電流條件下動(dòng)作時(shí)，稱為零電流軟開(kāi)關(guān)（ZCS）；在零電壓條件下動(dòng)作，稱為零電壓軟開(kāi)關(guān)（ZVS）。由于開(kāi)關(guān)器件在零電流或零電壓條件下完成開(kāi)關(guān)動(dòng)作不存在電流與電壓的積分，所以可以近似認(rèn)為其開(kāi)關(guān)損耗為零。圖1表示的為軟硬開(kāi)關(guān)模式下的電壓電流軌跡圖。圖中軌跡A、B和C、D分別表示硬開(kāi)關(guān)關(guān)斷、開(kāi)通和軟開(kāi)關(guān)開(kāi)通、關(guān)斷的軌跡，虛線部分則為開(kāi)關(guān)管的安全工作區(qū)，陰影部分表示開(kāi)關(guān)損耗。

從圖中可以看出：

（1）功率開(kāi)關(guān)管器件工作在軟開(kāi)關(guān)條件下超出安全工作區(qū)的可能性大為減小，使得開(kāi)關(guān)管的工作環(huán)境大為改善，系統(tǒng)的安全性可靠性大為提高。

（2）由于開(kāi)關(guān)管的功率損耗P為開(kāi)關(guān)管關(guān)斷過(guò)程中的電壓與電流的積分。從圖中明顯的可以看出軟開(kāi)關(guān)條件下的開(kāi)關(guān)損耗要遠(yuǎn)小于硬開(kāi)關(guān)條件下的開(kāi)關(guān)損耗。

（3）巧于在實(shí)際電路設(shè)計(jì)中不能達(dá)到理想情況下，會(huì)在主回路中產(chǎn)生各種寄生電感電容，又由于功率開(kāi)關(guān)管器件動(dòng)作速度極快，這就導(dǎo)致這些寄生參數(shù)在開(kāi)關(guān)管上產(chǎn)生過(guò)電壓或過(guò)電流的尖峰。而軟開(kāi)關(guān)由于可以將開(kāi)關(guān)管電壓或者電流鉗位到0，這樣可有效地減小開(kāi)關(guān)應(yīng)力，降低du/dt、di/dt，并且使得電磁干擾（EMI）得到有效的抑制。由于軟開(kāi)關(guān)具有上述優(yōu)點(diǎn)使其在PWM逆變器高頻化過(guò)程中得到很高的關(guān)注，也使得各國(guó)學(xué)者爭(zhēng)相研究各種軟開(kāi)關(guān)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。

本書(shū)對(duì)軟開(kāi)關(guān)功率變換技術(shù)進(jìn)行了較全面詳細(xì)的討論，闡述了軟開(kāi)關(guān)功率變換器發(fā)展過(guò)程中各階段典型電路拓?fù)涞墓ぷ髟?，并?duì)其工作過(guò)程作了詳細(xì)的理論分析和討論。本書(shū)內(nèi)容包括:準(zhǔn)諧振、多諧振DC-DC變換電路;準(zhǔn)諧振PWM DC-DC變換電路;零轉(zhuǎn)換PWM DC-DC變換電路;軟開(kāi)關(guān)正激與反激式DC-DC變換電路，軟開(kāi)關(guān)全橋DC-DC變換電路;各種直流環(huán)節(jié)諧振型逆變電路;各種極諧振型逆變電路等。本書(shū)對(duì)軟開(kāi)關(guān)功

本項(xiàng)目主要對(duì)軟開(kāi)關(guān)功率變換拓?fù)浜凸β室驍?shù)校正兩個(gè)方面進(jìn)行研究?；诰W(wǎng)絡(luò)解耦和時(shí)間平均理論，推導(dǎo)出一種針對(duì)軟開(kāi)關(guān)拓?fù)涞姆治龇椒?，可以?duì)諧振軟開(kāi)關(guān)變換器作快速、有效的分析。在功率因數(shù)校正技術(shù)方面，提出了解耦的雙環(huán)模型，還提出了用于功率因數(shù)校正的滑?？刂品椒?，并在新拓?fù)溲芯恐腥〉昧撕芎玫慕Y(jié)果。在軟開(kāi)關(guān)功率變換拓?fù)鋬?yōu)化和應(yīng)用方面，提出在全橋相移中加入飽和電感技術(shù)，進(jìn)一步軟化開(kāi)關(guān)器件的開(kāi)關(guān)過(guò)程，減小開(kāi)關(guān)損耗和開(kāi)關(guān)應(yīng)力。在項(xiàng)目研究過(guò)程中，主研人員在國(guó)內(nèi)外學(xué)術(shù)刊物和國(guó)際會(huì)議上發(fā)表高質(zhì)量學(xué)術(shù)論文8篇。在理論分析的基礎(chǔ)上，研制了新型高功率因數(shù)軟開(kāi)關(guān)全橋相移開(kāi)關(guān)電源樣機(jī)，樣機(jī)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了理論分析的結(jié)果。 2100433B