軟開關在開關電源中的應用研究

宋臻達

摘 要：軟開關技術是一種新型技術，在各類領域都有廣泛的應用，并不斷朝著小型化、輕量化的方向發展。開關電源的發展不僅進一步減小系統的體積，增大了開關的性價比與功率密度，還提升了開關的瞬時相應速度，抑制來電源音頻噪聲，成為下一階段的一個發展趨勢，在各個領域中都有著廣泛的應用。該文主要針對軟開關技術在開關電源中的應用進行分析。

關鍵詞：軟開關 開關電源 應用

中圖分類號：TN86 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2016）12（b）-0047-02

當今，隨著科技的不斷發展、進步，開關電源也得到了不斷的發展和創新。在開關電源技術發展中，小型化、輕量化的裝置已經得到了應用，這是發展的一個方向和潮流。另外，開關電源也對效率和電磁兼容性有了更高要求。推廣軟開關技術，可以有效解決開關噪聲問題以及電路中的開關損耗問題，提高開關頻率。

1 軟開關技術概述

軟開關技術指的是在電壓為零的時候，開關管導通，電流為零的時候，開關管關閉。軟開關技術對于創新開關功能非常有效，且更加具備節能和環保性，將“人”的因素融入其中。硬開關的開通和關斷過程伴隨著電壓和電流的劇烈變化，產生較大的開關損耗和開關噪聲。而軟開關在電路中增加了小電感、電容等諧振元件，在開關過程前后引入諧振，使開關條件得以改善。降低開關損耗和開關噪聲，軟開關有時也被稱為諧振開關。

2 軟開關電路分類

2.1 準諧振開關電路

這準諧振開關電路是指在零電壓情況下導通，在零電流的情況下關閉。這種電路簡稱為QRC。這種電路的輸出電壓和頻率成正比關系，而和占空比沒有必然聯系，因此，QRC也屬于變頻電源。與PWM進行比較，該種電路在控制上更為復雜，然而耗損為零，效率非常高，在各個領域得到了應用。

2.2 ZVS—PWM開關電路

這種電路有很多的優點。第一，消耗的功率低，而且效率非常高；第二，工作頻率非常高。但是，當關斷主開關的時候，其電壓比輸入電壓多一倍，這種電壓會對開關電路的運行產生不利影響。因此，在使用這種電路時，在開關功率管的選擇上要盡量選擇耐壓高的器件，避免由于斷電導致電壓急劇升高的問題發生。

2.3 ZCT—PWM轉換電路

用ZCT—PWM開關代替PWM開關，這樣就很快能夠使電路模式發生改變，轉換成零電流轉換電路模式，這為電路的改裝提供了方便。

2.4 ZVT—PWM轉換電路

這種轉換電路工作原理和運行模式和ZCS—PWM開關電路非常相似，其中不同的地方是主開關和諧振網絡并聯在一起，而ZCS—PWM開關電路是主開關根諧振電容并聯在一起。不管是ZCT—PWM還是ZVT—PWM轉換電路，當主開關管關閉時或者是導通時，能夠在恒頻狀態下運行，在電路運行的時候，電流或者是電壓應力非常小，負載和輸入電壓可以很快適應大范圍的變化。并且，因為工作電流損耗非常小，基本不會對電路的工作效率產生影響。

2.5 不對稱半橋型電路

這種電路和普通半橋電路基本一致，不同的是對一次側開關管的控制方式的差異。當輸入高電壓的時候，不存在損耗問題，有效減少了能量消耗。

3 軟開關在開關電源中的應用

3.1 磁性元器件多功能化

第一，因為軟開關在工作的時候，高頻電流要從中流過，而且有很大振幅，所以，就會出現高頻損耗，散發出大量的熱能。為了消除這種損耗，可以采用空心線圈電感，這樣就會增大線圈。而阻性損耗也會不斷增加，這是因為集膚效應和鄰近效應共同作用的結果。第二，在一般情況下，轉換電路采用變壓器，因為變壓器有漏感或者勵磁電感，這正好用做軟開關的L和C。因此，變壓器的功能就得到了顯著的優化。第三，在使用磁性元件的時候，為了有效減小體積，必須要去除其中的直流偏磁。所以，要想保證軟開關的實用性，就必須做好磁性元器件的配合，讓各項元件能夠協調合作。

3.2 逆變器中軟開關的應用

逆變器就是直流—交流轉換電路。在很多領域中都應用了高頻交流電壓或者電流，比如高頻加熱、金屬溶解爐、能量轉換等。為了降低損耗，需要抑制浪涌，而軟開關技術的應用則可以有效解決這一問題。

在生活中經常會用到太陽能電池、燃料電池， 通常情況下，直流電壓受到高頻逆變器的控制，可以獲得正弦電壓。所以，在逆變器中也可以采用軟開關技術。在電動機控制過程中，所采用的方式多為傳感器，要想對電流和轉角的微變量進行檢測，可以運用傳感器進，計算出轉軌等參數迅，正交控制磁通和電流。所以，在今后，也可以將軟開關技術運用到電動機驅動中去，為電動機的發展開辟新的道路。

3.3 諧振變換器的應用

諧振變換器就是負載諧振變換器，在上世紀70年代被研發而來，該種變換器是在PWM變換器結構基礎上改造而來，根據具體的諧振形式，可以分為并聯諧振變換器以及串聯諧振變換器兩種類型。根據諧振電路與負載之間的關系，可以將其分為并聯負載諧振變換器與串聯負載諧振變換器，其工作原理就是利用負載諧振將開關元件電流進行整形處理，實現軟開關的要求。在諧振變換器中，因諧振元件一直諧振工作，參與能量變換的全過程，因此該變換器與負載關系很大，對負載的變化極其敏感，開關頻率范圍受到一定的限制，采用頻率調制方法較適合。

4 結語

該文對軟開關技術進行了全面的介紹和分析，以后在對開關電源進行設計時，可以充分利用軟開關技術，攻克現有的技術難關。在今后軟開關技術的發展過程中，要不斷進行突破和創新，研究更加高效便捷的軟開關。在研究過程中，要把握好研究方向，朝著質量輕、壽命長、抗干擾、兼容好、高效低耗、安全可靠等方向發展，實現軟開關的節能環保，促進我國經濟又好又快發展，為相關產業的發展奠定基礎。

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