软开关在开关电源中的应用研究

宋臻达

摘 要：軟开关技术是一种新型技术，在各类领域都有广泛的应用，并不断朝着小型化、轻量化的方向发展。开关电源的发展不仅进一步减小系统的体积，增大了开关的性价比与功率密度，还提升了开关的瞬时相应速度，抑制来电源音频噪声，成为下一阶段的一个发展趋势，在各个领域中都有着广泛的应用。该文主要针对软开关技术在开关电源中的应用进行分析。

关键词：软开关 开关电源 应用

中图分类号：TN86 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2016）12（b）-0047-02

当今，随着科技的不断发展、进步，开关电源也得到了不断的发展和创新。在开关电源技术发展中，小型化、轻量化的装置已经得到了应用，这是发展的一个方向和潮流。另外，开关电源也对效率和电磁兼容性有了更高要求。推广软开关技术，可以有效解决开关噪声问题以及电路中的开关损耗问题，提高开关频率。

1 软开关技术概述

软开关技术指的是在电压为零的时候，开关管导通，电流为零的时候，开关管关闭。软开关技术对于创新开关功能非常有效，且更加具备节能和环保性，将“人”的因素融入其中。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。

2 软开关电路分类

2.1 准谐振开关电路

这准谐振开关电路是指在零电压情况下导通，在零电流的情况下关闭。这种电路简称为QRC。这种电路的输出电压和频率成正比关系，而和占空比没有必然联系，因此，QRC也属于变频电源。与PWM进行比较，该种电路在控制上更为复杂，然而耗损为零，效率非常高，在各个领域得到了应用。

2.2 ZVS—PWM开关电路

这种电路有很多的优点。第一，消耗的功率低，而且效率非常高；第二，工作频率非常高。但是，当关断主开关的时候，其电压比输入电压多一倍，这种电压会对开关电路的运行产生不利影响。因此，在使用这种电路时，在开关功率管的选择上要尽量选择耐压高的器件，避免由于断电导致电压急剧升高的问题发生。

2.3 ZCT—PWM转换电路

用ZCT—PWM开关代替PWM开关，这样就很快能够使电路模式发生改变，转换成零电流转换电路模式，这为电路的改装提供了方便。

2.4 ZVT—PWM转换电路

这种转换电路工作原理和运行模式和ZCS—PWM开关电路非常相似，其中不同的地方是主开关和谐振网络并联在一起，而ZCS—PWM开关电路是主开关根谐振电容并联在一起。不管是ZCT—PWM还是ZVT—PWM转换电路，当主开关管关闭时或者是导通时，能够在恒频状态下运行，在电路运行的时候，电流或者是电压应力非常小，负载和输入电压可以很快适应大范围的变化。并且，因为工作电流损耗非常小，基本不会对电路的工作效率产生影响。

2.5 不对称半桥型电路

这种电路和普通半桥电路基本一致，不同的是对一次侧开关管的控制方式的差异。当输入高电压的时候，不存在损耗问题，有效减少了能量消耗。

3 软开关在开关电源中的应用

3.1 磁性元器件多功能化

第一，因为软开关在工作的时候，高频电流要从中流过，而且有很大振幅，所以，就会出现高频损耗，散发出大量的热能。为了消除这种损耗，可以采用空心线圈电感，这样就会增大线圈。而阻性损耗也会不断增加，这是因为集肤效应和邻近效应共同作用的结果。第二，在一般情况下，转换电路采用变压器，因为变压器有漏感或者励磁电感，这正好用做软开关的L和C。因此，变压器的功能就得到了显著的优化。第三，在使用磁性元件的时候，为了有效减小体积，必须要去除其中的直流偏磁。所以，要想保证软开关的实用性，就必须做好磁性元器件的配合，让各项元件能够协调合作。

3.2 逆变器中软开关的应用

逆变器就是直流—交流转换电路。在很多领域中都应用了高频交流电压或者电流，比如高频加热、金属溶解炉、能量转换等。为了降低损耗，需要抑制浪涌，而软开关技术的应用则可以有效解决这一问题。

在生活中经常会用到太阳能电池、燃料电池， 通常情况下，直流电压受到高频逆变器的控制，可以获得正弦电压。所以，在逆变器中也可以采用软开关技术。在电动机控制过程中，所采用的方式多为传感器，要想对电流和转角的微变量进行检测，可以运用传感器进，计算出转轨等参数迅，正交控制磁通和电流。所以，在今后，也可以将软开关技术运用到电动机驱动中去，为电动机的发展开辟新的道路。

3.3 谐振变换器的应用

谐振变换器就是负载谐振变换器，在上世纪70年代被研发而来，该种变换器是在PWM变换器结构基础上改造而来，根据具体的谐振形式，可以分为并联谐振变换器以及串联谐振变换器两种类型。根据谐振电路与负载之间的关系，可以将其分为并联负载谐振变换器与串联负载谐振变换器，其工作原理就是利用负载谐振将开关元件电流进行整形处理，实现软开关的要求。在谐振变换器中，因谐振元件一直谐振工作，参与能量变换的全过程，因此该变换器与负载关系很大，对负载的变化极其敏感，开关频率范围受到一定的限制，采用频率调制方法较适合。

4 结语

该文对软开关技术进行了全面的介绍和分析，以后在对开关电源进行设计时，可以充分利用软开关技术，攻克现有的技术难关。在今后软开关技术的发展过程中，要不断进行突破和创新，研究更加高效便捷的软开关。在研究过程中，要把握好研究方向，朝着质量轻、寿命长、抗干扰、兼容好、高效低耗、安全可靠等方向发展，实现软开关的节能环保，促进我国经济又好又快发展，为相关产业的发展奠定基础。

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