论文摘要：本文在对硬开关功率变换电路缺点分析的基础上，提出了软开关变换电路，并对软开关的定义、分类、发展及其控制策略做了归纳和总结。同时对移相控制零电压（ZVS）软开关PWM（脉宽调制）功率变换器的工作原理、电路特性、以及一些常见的电路改进措施进行了分析，指出了它的优缺点。
论文关键词：移相控制,脉宽调制,软开关变换器
引言
随着电力电子技术的发展，功率变换器(PowerConverters)在开关电源、电机驱动控制、高频感应加热、焊接电源、电网的无功补偿和谐波治理等众多领域得到日益广泛的应用。为了实现功率变换器装置的高性能、高效率、高可靠性、减小体积和重量，必须实现功率变换器中开关管的软开关(SoftSwitching)。软开关变换技术是近年来电力电子学领域中的热门话题，软开关理论的深入研究及软开关技术的广泛应用，使电力电子变换器的设计出现了革命性的变化。
1软开关的定义
所谓的“软开关”是与“硬开关”对应的，凡用控制的方法使电子开关在其两端的电压为零时导通电流，或使流过电子开关的电流为零时关断，则此开关称为软开关。它能克服传统的硬开关的开关损耗，理想的软开关的开关损耗为零，从而可提高功率变换器的传输效率。
最理想的软开关开通过程是零电压开通，即：电压先降到零，然后，电流再缓慢上升到通态值，在这个过程中，开通损耗几乎为零，而且开通器件上的电压在开通时下降为零，器件的结电容上的电压也为零，不存在容性开通的问题，此意味着二极管已经截至，其反向恢复过程结束，故也不存在二极管的反响恢复问题；与之相对应的是软开关关断过程（零电流关断）：电流先降到零，然后，电压再缓慢上升到断态值，在这个过程中，关断损耗几乎为零，而且关断器件上的电流在关断时下降为零，线路中的电感上的电流也相应为零，因此不存在感性关断的过程。
上述开关过程对应的波形如图1所示，图中还画出了硬开关的工作波形，以示对比。
图1软开关与硬开关波形比较
1.1软开关的分类
由图可知，软开关包括软开通和软关断；其中，软开通又包括零电压开通和零电流开通；软关断包括零电压关断和零电流关断。下面以上图为基础分别对四种方式作一介绍：
（1）零电压关断：开关器件在两端的电压为零时实行关断。此关断命令在t1时刻发出，开关器件上的电流从通态值下降到断态值后，端电压才从通态值上升到断态值，开关器件进入到截止状态。在t2以前，开关器件的端电压必须保持在通态值，即约为0。
（2）零电流关断：开关器件在两端的电流从通态值下降到零时实行关断。此关断命令在t2时刻或其后发出，开关器件上的端电压从通态值上升到断态值，开关器件进入到截止状态。
（3）零电压开通：开关器件在两端的电压为零时实行开通。此开通命令在t2时刻或其后发出，开关器件上的电流从断态值上升到通态值后，开关器件进入导通状态。在t2以前，开关器件端电压必须下降到通态值（约等于零），并且在电流上升到通态值以前保持在零。
（4）零电流开通：开关器件在两端的电流为零时实行开通。此开通命令在t1时刻发出，开关器件上的端电压从断态值下降到通态值后，电流才从断态值上升到通态值，开关器件进入到导通状态。在t2以前，开关器件的电流必须保持在断态值（约等于零）。
1.2几个参数的定义
由上面的介绍可知，软开关的种类有许多种，为了能够更有效的比较、评估各种软开关的性能，我们引进以下参数：
（1）变换器效率：
式中P为变换器的输出功率，P为变换器的输入功率。
变换器的效率反映了变换器的总的损耗情况，如果所采用的软开关技术在减小器件的开关损耗的同时又增加了器件的通态损耗，则变换器的效率不会有明显的改进。
（2）开关器件的利用率：
式中n为变换器中的开关器件的个数，U、I为主开关器件正常工作时所承受的最大电流和最大电压。
开关器件的利用率反映了器件所承受的电压电流应力的情况，在相同的输出功率下，器件承受的电压电流的应力越小，器件的利用率就会越高。
2软开关的分类与发展
电力开关变换器在高频时需要着重解决的两大问题是：（l）实现开关管的零电压或零电流开关条件，以尽可能缩小开关损耗（2）消除开关浪涌。当前实现的方法很多，按照软开关的发展过程可分为：（1）谐振开关（2）谐振环（3）软开关PWM。
2.1谐振开关
根据电路理论可知，谐振可分为串联谐振和并联谐振。串联谐振是指把正弦电压加在理想的电感和电容串联电路上。当正弦频率为某一值时，感抗与容抗相等，电路的阻抗为零，电路电流达到无穷大；并联谐振是把正弦电压加在理想的电感和电容并联的电路上，当正弦频率为某一值时，电路的总导纳为零，电感、电容上的电压达到无穷大。
在开关电源电路中，由于所加的电压不是正弦电压，而是直流电压。当直流电压加在串联的LC回路时，电路中的电压按正弦规律无阻尼振荡，当振荡到零时，使电子开关导通流过电流，此方法为零电压开通。同理，当电路中的流过电子开关的电流振荡到零时，使电子开关断开，此方法为零电流关断。电路如图2所示。
 
考虑到实际的电路中的线路损耗，尤其是电感的绞线有一定的损耗，且此损耗将随着工作频率的提高而增加，因此实际的LC谐振线路将为如图3所示的R、L、C电路，其中 。 1/4 1 2 3 4 下一页 尾页 |
