軟開關(guān)

軟開關(guān)是電器回路中用于連通和切斷負載的一種方式和裝置，這種方式系指負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程，逐漸地由大到小完成切斷過程。現(xiàn)實中的軟開關(guān)可見于照明回路，對于一盞燈開啟時由不亮到微亮再到全亮逐漸地緩慢地完成，關(guān)閉過程則相反。軟開關(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?，F(xiàn)實中軟開關(guān)的實現(xiàn)方式有：對于白熾燈等電阻性負載常常使用可控硅調(diào)節(jié)導(dǎo)通角的方式來實現(xiàn)當(dāng)開啟燈光時導(dǎo)通角由0到180度漸變，當(dāng)燈光關(guān)閉時導(dǎo)通角則反過來由180度漸變，這樣便實現(xiàn)了軟開關(guān)的開啟和關(guān)閉。對于熒光燈類負載則通過調(diào)節(jié)占空比的方式來實現(xiàn)。

主要開關(guān)過程為軟開關(guān)的電路稱為軟開關(guān)電路。

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

軟開關(guān)（Soft-Switching）是相對硬開關(guān)(Hard-Switching)而言的。

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

理想的軟關(guān)斷過程是電流先降到零，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)斷問題。理想的軟開通過程是電壓先降到零，電流再緩慢上升到通態(tài)值，所以開通損耗近似為零，器件結(jié)電容的電壓亦為零，解決了容性開通問題。同時，開通時，二極管反向恢復(fù)過程已經(jīng)結(jié)束，因此二極管反向恢復(fù)問題不存在。

零電壓開通

◆開關(guān)開通前其兩端電壓為零，則開通時不會產(chǎn)生損耗和噪聲。

■零電流關(guān)斷

◆開關(guān)關(guān)斷前其電流為零，則關(guān)斷時不會產(chǎn)生損耗和噪聲。

■零電壓關(guān)斷

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

■零電流開通

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

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

簡單的利用并聯(lián)電容實現(xiàn)零電壓關(guān)斷和利用串聯(lián)電感實現(xiàn)零電流開通一般會給電路造成總損耗增加、關(guān)斷過電壓增大等負面影響，因此是得不償失的.

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

從圖中可以看出：

（1）功率開關(guān)管器件工作在軟開關(guān)條件下超出安全工作區(qū)的可能性大為減小，使得開關(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）由于開關(guān)管的功率損耗P為開關(guān)管關(guān)斷過程中的電壓與電流的積分。從圖中明顯的可以看出軟開關(guān)條件下的開關(guān)損耗要遠小于硬開關(guān)條件下的開關(guān)損耗。

（3）巧于在實際電路設(shè)計中不能達到理想情況下，會在主回路中產(chǎn)生各種寄生電感電容，又由于功率開關(guān)管器件動作速度極快，這就導(dǎo)致這些寄生參數(shù)在開關(guān)管上產(chǎn)生過電壓或過電流的尖峰。而軟開關(guān)由于可以將開關(guān)管電壓或者電流鉗位到0，這樣可有效地減小開關(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。由于軟開關(guān)具有上述優(yōu)點使其在PWM逆變器高頻化過程中得到很高的關(guān)注，也使得各國學(xué)者爭相研究各種軟開關(guān)拓撲結(jié)構(gòu)。

本書對軟開關(guān)功率變換技術(shù)進行了較全面詳細的討論，闡述了軟開關(guān)功率變換器發(fā)展過程中各階段典型電路拓撲的工作原理，并對其工作過程作了詳細的理論分析和討論。本書內(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;軟開關(guān)正激與反激式DC-DC變換電路，軟開關(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。本書對軟開關(guān)功

本項目主要對軟開關(guān)功率變換拓撲和功率因數(shù)校正兩個方面進行研究。基于網(wǎng)絡(luò)解耦和時間平均理論，推導(dǎo)出一種針對軟開關(guān)拓撲的分析方法，可以對諧振軟開關(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?，并在新拓撲研究中取得了很好的結(jié)果。在軟開關(guān)功率變換拓撲優(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)，進一步軟化開關(guān)器件的開關(guān)過程，減小開關(guān)損耗和開關(guān)應(yīng)力。在項目研究過程中，主研人員在國內(nèi)外學(xué)術(shù)刊物和國際會議上發(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)軟開關(guān)全橋相移開關(guān)電源樣機，樣機實驗驗證了理論分析的結(jié)果。 2100433B