軟開關(guān)在開關(guān)電源中的應(yīng)用研究

宋臻達(dá)

摘 要：軟開關(guān)技術(shù)是一種新型技術(shù)，在各類領(lǐng)域都有廣泛的應(yīng)用，并不斷朝著小型化、輕量化的方向發(fā)展。開關(guān)電源的發(fā)展不僅進(jìn)一步減小系統(tǒng)的體積，增大了開關(guān)的性價(jià)比與功率密度，還提升了開關(guān)的瞬時(shí)相應(yīng)速度，抑制來電源音頻噪聲，成為下一階段的一個(gè)發(fā)展趨勢，在各個(gè)領(lǐng)域中都有著廣泛的應(yīng)用。該文主要針對軟開關(guān)技術(shù)在開關(guān)電源中的應(yīng)用進(jìn)行分析。

關(guān)鍵詞：軟開關(guān) 開關(guān)電源 應(yīng)用

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

當(dāng)今，隨著科技的不斷發(fā)展、進(jìn)步，開關(guān)電源也得到了不斷的發(fā)展和創(chuàng)新。在開關(guān)電源技術(shù)發(fā)展中，小型化、輕量化的裝置已經(jīng)得到了應(yīng)用，這是發(fā)展的一個(gè)方向和潮流。另外，開關(guān)電源也對效率和電磁兼容性有了更高要求。推廣軟開關(guān)技術(shù)，可以有效解決開關(guān)噪聲問題以及電路中的開關(guān)損耗問題，提高開關(guān)頻率。

1 軟開關(guān)技術(shù)概述

軟開關(guān)技術(shù)指的是在電壓為零的時(shí)候，開關(guān)管導(dǎo)通，電流為零的時(shí)候，開關(guān)管關(guān)閉。軟開關(guān)技術(shù)對于創(chuàng)新開關(guān)功能非常有效，且更加具備節(jié)能和環(huán)保性，將“人”的因素融入其中。硬開關(guān)的開通和關(guān)斷過程伴隨著電壓和電流的劇烈變化，產(chǎn)生較大的開關(guān)損耗和開關(guān)噪聲。而軟開關(guān)在電路中增加了小電感、電容等諧振元件，在開關(guān)過程前后引入諧振，使開關(guān)條件得以改善。降低開關(guān)損耗和開關(guān)噪聲，軟開關(guān)有時(shí)也被稱為諧振開關(guān)。

2 軟開關(guān)電路分類

2.1 準(zhǔn)諧振開關(guān)電路

這準(zhǔn)諧振開關(guān)電路是指在零電壓情況下導(dǎo)通，在零電流的情況下關(guān)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(guān)系，而和占空比沒有必然聯(lián)系，因此，QRC也屬于變頻電源。與PWM進(jìn)行比較，該種電路在控制上更為復(fù)雜，然而耗損為零，效率非常高，在各個(gè)領(lǐng)域得到了應(yīng)用。

2.2 ZVS—PWM開關(guān)電路

這種電路有很多的優(yōu)點(diǎn)。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(dāng)關(guān)斷主開關(guān)的時(shí)候，其電壓比輸入電壓多一倍，這種電壓會對開關(guān)電路的運(yùn)行產(chǎn)生不利影響。因此，在使用這種電路時(shí)，在開關(guān)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(dǎo)致電壓急劇升高的問題發(fā)生。

2.3 ZCT—PWM轉(zhuǎn)換電路

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

2.4 ZVT—PWM轉(zhuǎn)換電路

這種轉(zhuǎn)換電路工作原理和運(yùn)行模式和ZCS—PWM開關(guān)電路非常相似，其中不同的地方是主開關(guān)和諧振網(wǎng)絡(luò)并聯(lián)在一起，而ZCS—PWM開關(guān)電路是主開關(guān)根諧振電容并聯(lián)在一起。不管是ZCT—PWM還是ZVT—PWM轉(zhuǎn)換電路，當(dāng)主開關(guān)管關(guān)閉時(shí)或者是導(dǎo)通時(shí)，能夠在恒頻狀態(tài)下運(yùn)行，在電路運(yùn)行的時(shí)候，電流或者是電壓應(yīng)力非常小，負(fù)載和輸入電壓可以很快適應(yīng)大范圍的變化。并且，因?yàn)楣ぷ麟娏鲹p耗非常小，基本不會對電路的工作效率產(chǎn)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(cè)開關(guān)管的控制方式的差異。當(dāng)輸入高電壓的時(shí)候，不存在損耗問題，有效減少了能量消耗。

3 軟開關(guān)在開關(guān)電源中的應(yīng)用

3.1 磁性元器件多功能化

第一，因?yàn)檐涢_關(guān)在工作的時(shí)候，高頻電流要從中流過，而且有很大振幅，所以，就會出現(xiàn)高頻損耗，散發(fā)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?yàn)榧w效應(yīng)和鄰近效應(yīng)共同作用的結(jié)果。第二，在一般情況下，轉(zhuǎn)換電路采用變壓器，因?yàn)樽儔浩饔新└谢蛘邉?lì)磁電感，這正好用做軟開關(guān)的L和C。因此，變壓器的功能就得到了顯著的優(yōu)化。第三，在使用磁性元件的時(shí)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(guān)的實(shí)用性，就必須做好磁性元器件的配合，讓各項(xiàng)元件能夠協(xié)調(diào)合作。

3.2 逆變器中軟開關(guān)的應(yīng)用

逆變器就是直流—交流轉(zhuǎn)換電路。在很多領(lǐng)域中都應(yīng)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(zhuǎn)換等。為了降低損耗，需要抑制浪涌，而軟開關(guān)技術(shù)的應(yīng)用則可以有效解決這一問題。

在生活中經(jīng)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(guān)技術(shù)。在電動(dòng)機(jī)控制過程中，所采用的方式多為傳感器，要想對電流和轉(zhuǎn)角的微變量進(jìn)行檢測，可以運(yùn)用傳感器進(jìn)，計(jì)算出轉(zhuǎn)軌等參數(shù)迅，正交控制磁通和電流。所以，在今后，也可以將軟開關(guān)技術(shù)運(yùn)用到電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)中去，為電動(dòng)機(jī)的發(fā)展開辟新的道路。

3.3 諧振變換器的應(yīng)用

諧振變換器就是負(fù)載諧振變換器，在上世紀(jì)70年代被研發(fā)而來，該種變換器是在PWM變換器結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上改造而來，根據(jù)具體的諧振形式，可以分為并聯(lián)諧振變換器以及串聯(lián)諧振變換器兩種類型。根據(jù)諧振電路與負(fù)載之間的關(guān)系，可以將其分為并聯(lián)負(fù)載諧振變換器與串聯(lián)負(fù)載諧振變換器，其工作原理就是利用負(fù)載諧振將開關(guān)元件電流進(jìn)行整形處理，實(shí)現(xiàn)軟開關(guān)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(fù)載關(guān)系很大，對負(fù)載的變化極其敏感，開關(guān)頻率范圍受到一定的限制，采用頻率調(diào)制方法較適合。

4 結(jié)語

該文對軟開關(guān)技術(shù)進(jìn)行了全面的介紹和分析，以后在對開關(guān)電源進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，可以充分利用軟開關(guān)技術(shù)，攻克現(xiàn)有的技術(shù)難關(guān)。在今后軟開關(guān)技術(shù)的發(fā)展過程中，要不斷進(jìn)行突破和創(chuàng)新，研究更加高效便捷的軟開關(guān)。在研究過程中，要把握好研究方向，朝著質(zhì)量輕、壽命長、抗干擾、兼容好、高效低耗、安全可靠等方向發(fā)展，實(shí)現(xiàn)軟開關(guān)的節(jié)能環(huán)保，促進(jìn)我國經(jīng)濟(jì)又好又快發(fā)展，為相關(guān)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展奠定基礎(chǔ)。

參考文獻(xiàn)

[1] 陽書擁，李智，劉偉，等.電力通信電源新技術(shù)及應(yīng)用研究[J].中國新通信，2015（20）：82-83.

[2] I D Kim，E C Nho etc.A Soft-Switching Constant Frequency PWM DC/DC Cverter with Low Switch Stress and Wide Linearity[J]. IEEE IECON，1990，2：875-881.

[3] 牟翔永，陳慶川，朱明.基于UC3875的ZVZCS PWM軟開關(guān)直流電源的研制[J].電源技術(shù)應(yīng)用，2008（12）：101-105.

[4] 劉星橋，陳光菊，王斌.基于UC3875控制的移相全橋PWM DC-DC變換器[J].電氣應(yīng)用，2008（1）：69-72.

[5] Redl R，Balogh L，Edwards D W.Switch transitions in the soft switching full-bridge PWM phase-shift dc/dc converter：analysis and improvements[J]. Proceedings of International Telecommunications Energy Conference， 1993，1：350-357.