第 7章 软开关技术
引言
7.1 软开关的基本概念
7.2 软开关电路的分类
7.3 典型的软开关电路
本章小结
第 7章 软开关技术 ? 引言
现代电力电子装置的 发展趋势
小型化、轻量化、对效率和电磁兼容性也有
更高的要求。
电力电子装置高频化
滤波器, 变压器体积和重量减小, 电力电子
装置小型化, 轻量化 。
开关损耗增加, 电磁干扰增大 。
软开关技术
降低开关损耗和开关噪声 。
进一步提高开关频率。
7.1 软开关的基本概念
7.1.1 硬开关和软开关
7.1.2 零电压开关和零电流开关
7.1.1 硬开关和软开关
硬开关,
开关过程中电压和电流均不为零, 出现了重叠 。
电压, 电流变化很快, 波形出现明显得过冲,
导致开关噪声 。
t 0
a）硬开关的开通过程 b）硬开关的关断过程
图 7－ 1 硬开关的开关过程
u
i
P
0
u i
t
u
u i i
P
0
0
7.1.1 硬开关和软开关
软开关,
在原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, 消除电压, 电流的重叠 。
降低开关损耗和开关噪声 。
u
i
P
0
u i
t
t 0
u
i
P
0
u
i
t
t 0
a）软开关的开通过程 b）软开关的关断过程
图 7－ 2 软开关的开关过程
7.1.2 零电压开关和零电流开关
零电压开通
开关 开通 前其两端 电压 为零 —— 开通时不会产生损耗和噪声。
零电流关断
开关 关断 前其 电流 为零 —— 关断时不会产生损耗和噪声。
零电压关断
与开关 并联 的 电容 能延缓开关关断后电压上升的速率，从而
降低关断损耗。
零电流开通
与开关 串联 的 电感 能延缓开关开通后电流上升的速率，降低
了开通损耗。
当不指出是开通或是关断，仅称 零电压开关 和
零电流开关 。
靠电路中的谐振来实现。
7.2 软开关电路的分类
根据开关元件开通和关断时电压电流状态，分为 零
电压电路 和 零电流电路 两大类。
根据软开关技术发展的历程可以将软开关电路分成
准谐振电路, 零开关 PWM电路 和
零转换 PWM电路 。
每一种软开关电路都可以用于降压型、升压型等不
同电路，可以从 基本开关单元 导出具体电路 。
7.2 软开关电路的分类
图 7－ 3基本开关单元的概念
a）基本开关单元 b）降压斩波器中的基本开关单元
c）升压斩波器中的基本开关单元 d）升降压斩波器中的基本开关单元
7.2 软开关电路的分类
1） 准谐振电路
准谐振电路 －准谐振电路中电压或电流的波形为正
弦半波，因此称之为准谐振。是最早出现的软开关
电路。
特点,
谐振电压峰值很高，要求器件耐压必须提高；
谐振电流有效值很大，电路中存在大量无功功率的交
换，电路导通损耗加大；
谐振周期随输入电压、负载变化而改变，因此电路只
能采用脉冲频率调制 （ Pulse Frequency
Modulation— PFM） 方式来控制。
分别介绍三类软开关电路
7.2 软开关电路的分类
可分为,
用于逆变器的谐振直流环节电路
(Resonant DC Link） 。 图 7-4 准谐振电路的基本开关单元
c)零电压开关多谐振电路的基本开关单元
电压开关多谐振电路
(Zero-Voltage-Switching Multi-
ResonantConverter— ZVS MRC）
b)零电流开关准谐振电路的基本开关单元
零电流开关准谐振电路
(Zero-Current-Switching
Quasi-Resonant
Converter— ZCS QRC）
a)零电压开关准谐振电路的基本开关单元
零电压开关准谐振电路
(Zero-Voltage-Switching
Quasi-Resonant Converter—
ZVS QRC）
7.2 软开关电路的分类
2） 零开关 PWM电路
引入了辅助开关来控制谐振的开始时
刻，使谐振仅发生于开关过程前后。
零开关 PWM电路可以分为,
特点,
电路在很宽的输入电压范围内和从零
负载到满载都能工作在软开关状态 。
电路中无功功率的交换被削减到最小,
这使得电路效率有了进一步提高 。
b)零电流开关 PWM电路
的基本开关单元
图 7－ 5 零开关 PWM电路
的基本开关单元
零电流开关 PWM电路 （ Zero-Current-
Switching PWM Converter— ZCS
PWM）
a)零电压开关 PWM电路的
基本开关单元 零电压开关 PWM电路 （ Zero-Voltage-
Switching PWM Converter— ZVS
PWM）
7.2 软开关电路的分类
3） 零转换 PWM电路
采用辅助开关控制谐振的开始时刻，
但谐振电路是与主开关并联的。
零转换 PWM电路可以分为,
特点,
电路在很宽的输入电压范围内和从零
负载到满载都能工作在软开关状态。
电路中无功功率的交换被削减到最小，
这使得电路效率有了进一步 提高。
b）零电流转换 PWM电路
的基本开关单元
图 7－ 6 零转换 PWM电路
的基本开关单元
零电流转换 PWM电路 （ Zero-Current
Transition PWM Converter— ZVT
PWM）
a）零电压转换 PWM电路
的基本开关单元
零电压转换 PWM电路（ Zero-
Voltage-Transition PWM
Converter— ZVT PWM）
7.3 典型的软开关电路
7.3.1 零电压开关准谐振电路
7.3.2 谐振直流环
7.3.3 移相全桥型零电压开关 PWM电路
7.3.4 零电压转换 PWM电路
7.3.1 零电压开关准谐振电路
1） 电路结构
以 降压型 为例分析工作
原理。
假设 电感 L和电容 C很大,
可等效为电流源和电压
源，并忽略电路中的损
耗。
图 7-7 零电压开关准谐振电路原理图
7.3.1 零电压开关准谐振电路
选择开关 S关断时刻为分析的起点。
t0~t1时段,t0之前，开关 S为通态，
二极管 VD为断态,uCr=0,iLr=IL,
t0时刻 S关断，与其并联的电容 Cr
使 S关断后电压上升减缓，因此 S
的关断损耗减小。 S关断后,VD
尚未导通。电感 Lr+L向 Cr充电,
uCr线性上升，同时 VD两端电压
uVD逐渐下降，直到 t1时刻，
uVD=0,VD导通。这一时段 uCr的
上升率,
r
r
d
d
C
I
t
u LC ?
2） 工作原理 t0~t1时段的等效电路
S
S ( u C r )
i S
i L r
u VD
t 0 t 1 t 2 t 3 t 4 t 6 t 0
t
t
t
t
t
t 5 O
O
O
O
O
图 7-8零电压开关准谐振电路的理想波形
图 7-7 零电压开关准谐振电路原理图
7.3.1 零电压开关准谐振电路
t1~t2时段,t1时刻二极管 VD导
通，电感 L通过 VD续流,Cr、
Lr,Ui形成谐振回路。 t2时刻，
iLr下降到零,uCr达到谐振峰值。
t2~t3时段,t2时刻后,Cr向 Lr放
电，直到 t3时刻,uCr=Ui,iLr达
到反向谐振峰值。
t3~t4时段,t3时刻以后,Lr向 Cr
反向充电,uCr继续下降，直到
t4时刻 uCr=0。
t1~t2时段的
等效电路
u
S
S ( u C r )
i S
i L r
u VD
t 0 t 1 t 2 t 3 t 4 t 6 t 0
t
t
t
t
t
t 5 O
O
O
O
O
图 7-8零电压开关准谐振电路的理想波形
图 7-7 零电压开关准谐振电路原理图
7.3.1 零电压开关准谐振电路
t4~t5时段,uCr被箝位于零,iLr
线性衰减，直到 t5时刻,iLr=0。
由于此时开关 S两端电压为零，
所以必须在此时开通 S，才不
会产生开通损耗。
t5~t6时段,S为通态,iLr线性上
升，直到 t6时刻,iLr=IL,VD关
断。
t6~t0时段,S为通态,VD为断
态。
缺点, 谐振电压峰值将高于
输入电压 Ui的 2倍, 增加了对
开关器件耐压的要求 。
S
S ( u C r )
i S
i L r
u VD
t 0 t 1 t 2 t 3 t 4 t 6 t 0
t
t
t
t
t
t 5 O
O
O
O
O
图 7-8零电压开关准谐振电路的理想波形
图 7-7 零电压开关准谐振电路原理图
7.3.2 谐振直流环
谐振直流环电路应用于交流 -
直流 -交流变换电路的中间直
流环节 （ DC-Link） 。通过
在直流环节中引入谐振，使
电路中的整流或逆变环节工
作在软开关的条件下。
1） 电路结构
图 7-11 谐振直流环电路原理图
由于电压型逆变器的负载通
常为感性，而且在谐振过程
中逆变电路的开关状态是不
变的，因此分析时可将电路
等效。 图 7-12 谐振直流环电路的等效电路
7.3.2 谐振直流环
t 0 t 1 t 2 t 3 t 4 t 0
i L r
u Cr
U in
I L
t
t O
O
图 7-13 谐振直流环电路的理想化波形
图 7-12 谐振直流环电路的等效电路
t 0~t1时段,t0时刻之前，开关
S处于通态,iLr>IL。 t0时刻 S
关断，电路中发生谐振。 iLr对
Cr充电,t1时刻,uCr=Ui。
t1~t2时段,t1时刻，谐振电流
iLr达到峰值。 t1时刻以后,iLr
继续向 Cr充电，直到 t2时刻
iLr=IL,uCr达到谐振峰值。
2） 工作原理
7.3.2 谐振直流环
t2~t3时段,uCr向 Lr和 L放电，
iLr降低，到零后反向，直
到 t3时刻 uCr=Ui。
t3~t4时段,t3时刻,iLr达到
反向谐振峰值，开始衰减，
uCr继续下降,t4时刻，
uCr=0,S的反并联二极管
VDS导通,uCr被箝位于零。
t4~t0时段,S导通，电流 iLr
线性上升，直到 t0时刻,S
再次关断。
t 0 t 1 t 2 t 3 t 4 t 0
i L r
u Cr
U in
I L
t
t O
O
图 7-13 谐振直流环电路的理想化波形
图 7-12 谐振直流环电路的等效电路
电压谐振峰值很高，增加
了对开关器件 耐压 的要求。
7.3.3 移相全桥型零电压开关 PWM电路
移相全桥电路是目前应用最广泛的软开关电路之一,
它的 特点 是电路简单 。 同硬开关全桥电路相比, 仅增
加了一个谐振电感, 就使四个开关均为零电压开通 。
图 7-14 移相全桥零电压开关 PWM电路
7.3.3 移相全桥型零电压开关 PWM电路
1） 移相全桥电路控制方式
的 特点,
图 7-14 移相全桥零电压开关 PWM电路
S 1
S 3
S 4
S 2
u AB
u Lr
i Lr
u T1
u R
i VD1
i VD2
i L
t 0 t 1 t 2 t 3 t 4 t 5 t 6 t 7 t 8 t 9 t 0 t 9 t 8 t
t
t
t
t
t
t
t
t
t
t
t
O
O
O
O
O
O
O
O
O
O
O
O
图 7-15 移相全桥电路的理想化波形
在开关周期 TS内, 每个开关
导通时间都略小于 TS/2,而
关断时间都略大于 TS/2；
同一半桥中两 个开关不 同
时处于通态, 每个开关 关
断到另一个开 关开通都 要
经过一定的死区时间 。
7.3.3 移相全桥型零电压开关 PWM电路
互为对角的两对开关 S1-S4
和 S2-S3,S1的波形比 S4超
前 0~TS/2时间, 而 S2的波
形比 S3超前 0~TS/2时间,
因此称 S1和 S2为超前的桥
臂, 而称 S3和 S4为滞后的
桥臂 。
图 7-14 移相全桥零电压开关 PWM电路
S 1
S 3
S 4
S 2
u AB
u Lr
i Lr
u T1
u R
i VD1
i VD2
i L
t 0 t 1 t 2 t 3 t 4 t 5 t 6 t 7 t 8 t 9 t 0 t 9 t 8 t
t
t
t
t
t
t
t
t
t
t
t
O
O
O
O
O
O
O
O
O
O
O
O
图 7-15 移相全桥电路的理想化波形
7.3.3 移相全桥型零电压开关 PWM电路
2） 工作过程,
图 7-16 移相全桥电路在 t0~t1阶段的等效电路
S 1
S 3
S 4
S 2
u AB
u Lr
i Lr
u T1
u R
i VD1
i VD2
i L
t 0 t 1 t 2 t 3 t 4 t 5 t 6 t 7 t 8 t 9 t 0 t 9 t 8 t
t
t
t
t
t
t
t
t
t
t
t
O
O
O
O
O
O
O
O
O
O
O
O
图 7-15 移相全桥电路的理想化波形
t0~t1时段,S1与 S4导通，直到 t1时
刻 S1关断。
t1~t2时段,t1时刻开关 S1关断后，
电容 Cs1,Cs2与电感 Lr,L构成谐振
回路,uA不断下降，直到 uA=0，
VDS2导通，电流 iLr通过 VDS2续流。
t2~t3时段,t2时刻开关 S2开通, 由
于此时其反并联二极管 VDS2正处于
导通状态, 因此 S2为零电压开通 。
t3~t4时段,t3时刻开关 S4关断后，
变压器二次侧 VD1和 VD2同时导通，
变压器一次侧和二次侧电压均为
零，相当于短路，因此 Cs3,Cs4与
Lr构成谐振回路。 Lr的电流不断减
小,B点电压不断上升，直到 S3的
反并联二极管 VDS3导通。这种状
态维持到 t4时刻 S3开通。因此 S3为
零电压开通。
7.3.3 移相全桥型零电压开关 PWM电路
图 7-17移相全桥电路在 t3~t4阶段的等效电路
S 1
S 3
S 4
S 2
u AB
u Lr
i Lr
u T1
u R
i VD1
i VD2
i L
t 0 t 1 t 2 t 3 t 4 t 5 t 6 t 7 t 8 t 9 t 0 t 9 t 8 t
t
t
t
t
t
t
t
t
t
t
t
O
O
O
O
O
O
O
O
O
O
O
O
图 7-15 移相全桥电路的理想化波形
t4~t5时段,S3开通后,Lr的电
流继续减小。 iLr下降到零后反
向增大,t5时刻 iLr=IL/kT，变压
器二次侧 VD1的电流下降到零
而关断，电流 IL全部转移到
VD2中。
t0~t5是开关周期的一半，另一
半工作过程完全对称。
7.3.3 移相全桥型零电压开关 PWM电路
图 7-14 移相全桥零电压开关 PWM电路
S 1
S 3
S 4
S 2
u AB
u Lr
i Lr
u T1
u R
i VD1
i VD2
i L
t 0 t 1 t 2 t 3 t 4 t 5 t 6 t 7 t 8 t 9 t 0 t 9 t 8 t
t
t
t
t
t
t
t
t
t
t
t
O
O
O
O
O
O
O
O
O
O
O
O
图 7-15 移相全桥电路的理想化波形
7.3.4 零电压转换 PWM电路
1） 工作过程,
辅助开关 S1超前于主开关 S开通，
S开通后 S1关断。
t0~t1时段：,S1导通,VD尚处
于通态，电感 Lr两端电压为 Uo，
电流 iLr线性增长,VD中的电流
以同样的速率下降。 t1时刻，
iLr=IL,VD中电流下降到零，关
断。
图 7-18 升压型零电压
转换 PWM电路的原理图
S
S 1
u S
i Lr
i S1
u S1
i D
i S
I L
t 0 t 1 t 2 t 3 t 4 t 5
t
t
t
t
t
t
t
t
O
O
O
O
O
O
O
O
图 7-19 升压型零电压转换
PWM电路的理想化波形
零电压转换 PWM电路具有电路简单、
效率高等优点。
7.3.4 零电压转换 PWM电路
t1~t2时段,Lr与 Cr构成谐振回
路,Lr的电流增加而 Cr的电压
下降,t2时刻 uCr=0,VDS导
通,uCr被箝位于零，而电流
iLr保持不变。
t2~t3时段,uCr被箝位于零,
而电流 iLr保持不变, 这种状态
一直保持到 t3时刻 S开通, S1
关断 。
图 7-20 升压型零电压转换 PWM电路
在 t1~t2时段的等效电路
图 7-18 升压型零电压
转换 PWM电路的原理图
S
S 1
u S
i Lr
i S1
u S1
i D
i S
I L
t 0 t 1 t 2 t 3 t 4 t 5
t
t
t
t
t
t
t
t
O
O
O
O
O
O
O
O
图 7-19 升压型零电压转换
PWM电路的理想化波形
7.3.4 零电压转换 PWM电路
t3~t4时段,t3时刻 S开通时,
为零电压开通 。 S开通的同
时 S1关断, Lr中的能量通过
VD1向负载侧输送, 其电流
线性下降, 主开关 S中的电
流线性上升 。 t4时刻 iLr=0，
VD1关断, 主开关 S中的电流
iS=IL,电路进入正常导通状
态 。
t4~t5时段,t5时刻 S关断 。 Cr
限制了 S电压的上升率, 降
低了 S的关断损耗 。
图 7-18 升压型零电压
转换 PWM电路的原理图
S
S 1
u S
i Lr
i S1
u S1
i D
i S
I L
t 0 t 1 t 2 t 3 t 4 t 5
t
t
t
t
t
t
t
t
O
O
O
O
O
O
O
O
图 7-19 升压型零电压转换
PWM电路的理想化波形
本章小结
本章的重点为,
1） 软开关技术通过在电路中引入谐振改善了开关的
开关条件, 大大降低了硬开关电路存在的开关损耗
和开关噪声问题 。
2） 软开关技术总的来说可以分为零电压和零电流两
类 。 按照其出现的先后, 可以将其分为准谐振, 零
开关 PWM和零转换 PWM三大类 。 每一类都包含基
本拓扑和众多的派生拓扑 。
3） 零电压开关准谐振电路, 零电压开关 PWM电路和
零电压转换 PWM电路分别是三类软开关电路的代
表；谐振直流环电路是软开关技术在逆变电路中的
典型应用 。
引言
7.1 软开关的基本概念
7.2 软开关电路的分类
7.3 典型的软开关电路
本章小结
第 7章 软开关技术 ? 引言
现代电力电子装置的 发展趋势
小型化、轻量化、对效率和电磁兼容性也有
更高的要求。
电力电子装置高频化
滤波器, 变压器体积和重量减小, 电力电子
装置小型化, 轻量化 。
开关损耗增加, 电磁干扰增大 。
软开关技术
降低开关损耗和开关噪声 。
进一步提高开关频率。
7.1 软开关的基本概念
7.1.1 硬开关和软开关
7.1.2 零电压开关和零电流开关
7.1.1 硬开关和软开关
硬开关,
开关过程中电压和电流均不为零, 出现了重叠 。
电压, 电流变化很快, 波形出现明显得过冲,
导致开关噪声 。
t 0
a）硬开关的开通过程 b）硬开关的关断过程
图 7－ 1 硬开关的开关过程
u
i
P
0
u i
t
u
u i i
P
0
0
7.1.1 硬开关和软开关
软开关,
在原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, 消除电压, 电流的重叠 。
降低开关损耗和开关噪声 。
u
i
P
0
u i
t
t 0
u
i
P
0
u
i
t
t 0
a）软开关的开通过程 b）软开关的关断过程
图 7－ 2 软开关的开关过程
7.1.2 零电压开关和零电流开关
零电压开通
开关 开通 前其两端 电压 为零 —— 开通时不会产生损耗和噪声。
零电流关断
开关 关断 前其 电流 为零 —— 关断时不会产生损耗和噪声。
零电压关断
与开关 并联 的 电容 能延缓开关关断后电压上升的速率，从而
降低关断损耗。
零电流开通
与开关 串联 的 电感 能延缓开关开通后电流上升的速率，降低
了开通损耗。
当不指出是开通或是关断，仅称 零电压开关 和
零电流开关 。
靠电路中的谐振来实现。
7.2 软开关电路的分类
根据开关元件开通和关断时电压电流状态，分为 零
电压电路 和 零电流电路 两大类。
根据软开关技术发展的历程可以将软开关电路分成
准谐振电路, 零开关 PWM电路 和
零转换 PWM电路 。
每一种软开关电路都可以用于降压型、升压型等不
同电路，可以从 基本开关单元 导出具体电路 。
7.2 软开关电路的分类
图 7－ 3基本开关单元的概念
a）基本开关单元 b）降压斩波器中的基本开关单元
c）升压斩波器中的基本开关单元 d）升降压斩波器中的基本开关单元
7.2 软开关电路的分类
1） 准谐振电路
准谐振电路 －准谐振电路中电压或电流的波形为正
弦半波，因此称之为准谐振。是最早出现的软开关
电路。
特点,
谐振电压峰值很高，要求器件耐压必须提高；
谐振电流有效值很大，电路中存在大量无功功率的交
换，电路导通损耗加大；
谐振周期随输入电压、负载变化而改变，因此电路只
能采用脉冲频率调制 （ Pulse Frequency
Modulation— PFM） 方式来控制。
分别介绍三类软开关电路
7.2 软开关电路的分类
可分为,
用于逆变器的谐振直流环节电路
(Resonant DC Link） 。 图 7-4 准谐振电路的基本开关单元
c)零电压开关多谐振电路的基本开关单元
电压开关多谐振电路
(Zero-Voltage-Switching Multi-
ResonantConverter— ZVS MRC）
b)零电流开关准谐振电路的基本开关单元
零电流开关准谐振电路
(Zero-Current-Switching
Quasi-Resonant
Converter— ZCS QRC）
a)零电压开关准谐振电路的基本开关单元
零电压开关准谐振电路
(Zero-Voltage-Switching
Quasi-Resonant Converter—
ZVS QRC）
7.2 软开关电路的分类
2） 零开关 PWM电路
引入了辅助开关来控制谐振的开始时
刻，使谐振仅发生于开关过程前后。
零开关 PWM电路可以分为,
特点,
电路在很宽的输入电压范围内和从零
负载到满载都能工作在软开关状态 。
电路中无功功率的交换被削减到最小,
这使得电路效率有了进一步提高 。
b)零电流开关 PWM电路
的基本开关单元
图 7－ 5 零开关 PWM电路
的基本开关单元
零电流开关 PWM电路 （ Zero-Current-
Switching PWM Converter— ZCS
PWM）
a)零电压开关 PWM电路的
基本开关单元 零电压开关 PWM电路 （ Zero-Voltage-
Switching PWM Converter— ZVS
PWM）
7.2 软开关电路的分类
3） 零转换 PWM电路
采用辅助开关控制谐振的开始时刻，
但谐振电路是与主开关并联的。
零转换 PWM电路可以分为,
特点,
电路在很宽的输入电压范围内和从零
负载到满载都能工作在软开关状态。
电路中无功功率的交换被削减到最小，
这使得电路效率有了进一步 提高。
b）零电流转换 PWM电路
的基本开关单元
图 7－ 6 零转换 PWM电路
的基本开关单元
零电流转换 PWM电路 （ Zero-Current
Transition PWM Converter— ZVT
PWM）
a）零电压转换 PWM电路
的基本开关单元
零电压转换 PWM电路（ Zero-
Voltage-Transition PWM
Converter— ZVT PWM）
7.3 典型的软开关电路
7.3.1 零电压开关准谐振电路
7.3.2 谐振直流环
7.3.3 移相全桥型零电压开关 PWM电路
7.3.4 零电压转换 PWM电路
7.3.1 零电压开关准谐振电路
1） 电路结构
以 降压型 为例分析工作
原理。
假设 电感 L和电容 C很大,
可等效为电流源和电压
源，并忽略电路中的损
耗。
图 7-7 零电压开关准谐振电路原理图
7.3.1 零电压开关准谐振电路
选择开关 S关断时刻为分析的起点。
t0~t1时段,t0之前，开关 S为通态，
二极管 VD为断态,uCr=0,iLr=IL,
t0时刻 S关断，与其并联的电容 Cr
使 S关断后电压上升减缓，因此 S
的关断损耗减小。 S关断后,VD
尚未导通。电感 Lr+L向 Cr充电,
uCr线性上升，同时 VD两端电压
uVD逐渐下降，直到 t1时刻，
uVD=0,VD导通。这一时段 uCr的
上升率,
r
r
d
d
C
I
t
u LC ?
2） 工作原理 t0~t1时段的等效电路
S
S ( u C r )
i S
i L r
u VD
t 0 t 1 t 2 t 3 t 4 t 6 t 0
t
t
t
t
t
t 5 O
O
O
O
O
图 7-8零电压开关准谐振电路的理想波形
图 7-7 零电压开关准谐振电路原理图
7.3.1 零电压开关准谐振电路
t1~t2时段,t1时刻二极管 VD导
通，电感 L通过 VD续流,Cr、
Lr,Ui形成谐振回路。 t2时刻，
iLr下降到零,uCr达到谐振峰值。
t2~t3时段,t2时刻后,Cr向 Lr放
电，直到 t3时刻,uCr=Ui,iLr达
到反向谐振峰值。
t3~t4时段,t3时刻以后,Lr向 Cr
反向充电,uCr继续下降，直到
t4时刻 uCr=0。
t1~t2时段的
等效电路
u
S
S ( u C r )
i S
i L r
u VD
t 0 t 1 t 2 t 3 t 4 t 6 t 0
t
t
t
t
t
t 5 O
O
O
O
O
图 7-8零电压开关准谐振电路的理想波形
图 7-7 零电压开关准谐振电路原理图
7.3.1 零电压开关准谐振电路
t4~t5时段,uCr被箝位于零,iLr
线性衰减，直到 t5时刻,iLr=0。
由于此时开关 S两端电压为零，
所以必须在此时开通 S，才不
会产生开通损耗。
t5~t6时段,S为通态,iLr线性上
升，直到 t6时刻,iLr=IL,VD关
断。
t6~t0时段,S为通态,VD为断
态。
缺点, 谐振电压峰值将高于
输入电压 Ui的 2倍, 增加了对
开关器件耐压的要求 。
S
S ( u C r )
i S
i L r
u VD
t 0 t 1 t 2 t 3 t 4 t 6 t 0
t
t
t
t
t
t 5 O
O
O
O
O
图 7-8零电压开关准谐振电路的理想波形
图 7-7 零电压开关准谐振电路原理图
7.3.2 谐振直流环
谐振直流环电路应用于交流 -
直流 -交流变换电路的中间直
流环节 （ DC-Link） 。通过
在直流环节中引入谐振，使
电路中的整流或逆变环节工
作在软开关的条件下。
1） 电路结构
图 7-11 谐振直流环电路原理图
由于电压型逆变器的负载通
常为感性，而且在谐振过程
中逆变电路的开关状态是不
变的，因此分析时可将电路
等效。 图 7-12 谐振直流环电路的等效电路
7.3.2 谐振直流环
t 0 t 1 t 2 t 3 t 4 t 0
i L r
u Cr
U in
I L
t
t O
O
图 7-13 谐振直流环电路的理想化波形
图 7-12 谐振直流环电路的等效电路
t 0~t1时段,t0时刻之前，开关
S处于通态,iLr>IL。 t0时刻 S
关断，电路中发生谐振。 iLr对
Cr充电,t1时刻,uCr=Ui。
t1~t2时段,t1时刻，谐振电流
iLr达到峰值。 t1时刻以后,iLr
继续向 Cr充电，直到 t2时刻
iLr=IL,uCr达到谐振峰值。
2） 工作原理
7.3.2 谐振直流环
t2~t3时段,uCr向 Lr和 L放电，
iLr降低，到零后反向，直
到 t3时刻 uCr=Ui。
t3~t4时段,t3时刻,iLr达到
反向谐振峰值，开始衰减，
uCr继续下降,t4时刻，
uCr=0,S的反并联二极管
VDS导通,uCr被箝位于零。
t4~t0时段,S导通，电流 iLr
线性上升，直到 t0时刻,S
再次关断。
t 0 t 1 t 2 t 3 t 4 t 0
i L r
u Cr
U in
I L
t
t O
O
图 7-13 谐振直流环电路的理想化波形
图 7-12 谐振直流环电路的等效电路
电压谐振峰值很高，增加
了对开关器件 耐压 的要求。
7.3.3 移相全桥型零电压开关 PWM电路
移相全桥电路是目前应用最广泛的软开关电路之一,
它的 特点 是电路简单 。 同硬开关全桥电路相比, 仅增
加了一个谐振电感, 就使四个开关均为零电压开通 。
图 7-14 移相全桥零电压开关 PWM电路
7.3.3 移相全桥型零电压开关 PWM电路
1） 移相全桥电路控制方式
的 特点,
图 7-14 移相全桥零电压开关 PWM电路
S 1
S 3
S 4
S 2
u AB
u Lr
i Lr
u T1
u R
i VD1
i VD2
i L
t 0 t 1 t 2 t 3 t 4 t 5 t 6 t 7 t 8 t 9 t 0 t 9 t 8 t
t
t
t
t
t
t
t
t
t
t
t
O
O
O
O
O
O
O
O
O
O
O
O
图 7-15 移相全桥电路的理想化波形
在开关周期 TS内, 每个开关
导通时间都略小于 TS/2,而
关断时间都略大于 TS/2；
同一半桥中两 个开关不 同
时处于通态, 每个开关 关
断到另一个开 关开通都 要
经过一定的死区时间 。
7.3.3 移相全桥型零电压开关 PWM电路
互为对角的两对开关 S1-S4
和 S2-S3,S1的波形比 S4超
前 0~TS/2时间, 而 S2的波
形比 S3超前 0~TS/2时间,
因此称 S1和 S2为超前的桥
臂, 而称 S3和 S4为滞后的
桥臂 。
图 7-14 移相全桥零电压开关 PWM电路
S 1
S 3
S 4
S 2
u AB
u Lr
i Lr
u T1
u R
i VD1
i VD2
i L
t 0 t 1 t 2 t 3 t 4 t 5 t 6 t 7 t 8 t 9 t 0 t 9 t 8 t
t
t
t
t
t
t
t
t
t
t
t
O
O
O
O
O
O
O
O
O
O
O
O
图 7-15 移相全桥电路的理想化波形
7.3.3 移相全桥型零电压开关 PWM电路
2） 工作过程,
图 7-16 移相全桥电路在 t0~t1阶段的等效电路
S 1
S 3
S 4
S 2
u AB
u Lr
i Lr
u T1
u R
i VD1
i VD2
i L
t 0 t 1 t 2 t 3 t 4 t 5 t 6 t 7 t 8 t 9 t 0 t 9 t 8 t
t
t
t
t
t
t
t
t
t
t
t
O
O
O
O
O
O
O
O
O
O
O
O
图 7-15 移相全桥电路的理想化波形
t0~t1时段,S1与 S4导通，直到 t1时
刻 S1关断。
t1~t2时段,t1时刻开关 S1关断后，
电容 Cs1,Cs2与电感 Lr,L构成谐振
回路,uA不断下降，直到 uA=0，
VDS2导通，电流 iLr通过 VDS2续流。
t2~t3时段,t2时刻开关 S2开通, 由
于此时其反并联二极管 VDS2正处于
导通状态, 因此 S2为零电压开通 。
t3~t4时段,t3时刻开关 S4关断后，
变压器二次侧 VD1和 VD2同时导通，
变压器一次侧和二次侧电压均为
零，相当于短路，因此 Cs3,Cs4与
Lr构成谐振回路。 Lr的电流不断减
小,B点电压不断上升，直到 S3的
反并联二极管 VDS3导通。这种状
态维持到 t4时刻 S3开通。因此 S3为
零电压开通。
7.3.3 移相全桥型零电压开关 PWM电路
图 7-17移相全桥电路在 t3~t4阶段的等效电路
S 1
S 3
S 4
S 2
u AB
u Lr
i Lr
u T1
u R
i VD1
i VD2
i L
t 0 t 1 t 2 t 3 t 4 t 5 t 6 t 7 t 8 t 9 t 0 t 9 t 8 t
t
t
t
t
t
t
t
t
t
t
t
O
O
O
O
O
O
O
O
O
O
O
O
图 7-15 移相全桥电路的理想化波形
t4~t5时段,S3开通后,Lr的电
流继续减小。 iLr下降到零后反
向增大,t5时刻 iLr=IL/kT，变压
器二次侧 VD1的电流下降到零
而关断，电流 IL全部转移到
VD2中。
t0~t5是开关周期的一半，另一
半工作过程完全对称。
7.3.3 移相全桥型零电压开关 PWM电路
图 7-14 移相全桥零电压开关 PWM电路
S 1
S 3
S 4
S 2
u AB
u Lr
i Lr
u T1
u R
i VD1
i VD2
i L
t 0 t 1 t 2 t 3 t 4 t 5 t 6 t 7 t 8 t 9 t 0 t 9 t 8 t
t
t
t
t
t
t
t
t
t
t
t
O
O
O
O
O
O
O
O
O
O
O
O
图 7-15 移相全桥电路的理想化波形
7.3.4 零电压转换 PWM电路
1） 工作过程,
辅助开关 S1超前于主开关 S开通，
S开通后 S1关断。
t0~t1时段：,S1导通,VD尚处
于通态，电感 Lr两端电压为 Uo，
电流 iLr线性增长,VD中的电流
以同样的速率下降。 t1时刻，
iLr=IL,VD中电流下降到零，关
断。
图 7-18 升压型零电压
转换 PWM电路的原理图
S
S 1
u S
i Lr
i S1
u S1
i D
i S
I L
t 0 t 1 t 2 t 3 t 4 t 5
t
t
t
t
t
t
t
t
O
O
O
O
O
O
O
O
图 7-19 升压型零电压转换
PWM电路的理想化波形
零电压转换 PWM电路具有电路简单、
效率高等优点。
7.3.4 零电压转换 PWM电路
t1~t2时段,Lr与 Cr构成谐振回
路,Lr的电流增加而 Cr的电压
下降,t2时刻 uCr=0,VDS导
通,uCr被箝位于零，而电流
iLr保持不变。
t2~t3时段,uCr被箝位于零,
而电流 iLr保持不变, 这种状态
一直保持到 t3时刻 S开通, S1
关断 。
图 7-20 升压型零电压转换 PWM电路
在 t1~t2时段的等效电路
图 7-18 升压型零电压
转换 PWM电路的原理图
S
S 1
u S
i Lr
i S1
u S1
i D
i S
I L
t 0 t 1 t 2 t 3 t 4 t 5
t
t
t
t
t
t
t
t
O
O
O
O
O
O
O
O
图 7-19 升压型零电压转换
PWM电路的理想化波形
7.3.4 零电压转换 PWM电路
t3~t4时段,t3时刻 S开通时,
为零电压开通 。 S开通的同
时 S1关断, Lr中的能量通过
VD1向负载侧输送, 其电流
线性下降, 主开关 S中的电
流线性上升 。 t4时刻 iLr=0，
VD1关断, 主开关 S中的电流
iS=IL,电路进入正常导通状
态 。
t4~t5时段,t5时刻 S关断 。 Cr
限制了 S电压的上升率, 降
低了 S的关断损耗 。
图 7-18 升压型零电压
转换 PWM电路的原理图
S
S 1
u S
i Lr
i S1
u S1
i D
i S
I L
t 0 t 1 t 2 t 3 t 4 t 5
t
t
t
t
t
t
t
t
O
O
O
O
O
O
O
O
图 7-19 升压型零电压转换
PWM电路的理想化波形
本章小结
本章的重点为,
1） 软开关技术通过在电路中引入谐振改善了开关的
开关条件, 大大降低了硬开关电路存在的开关损耗
和开关噪声问题 。
2） 软开关技术总的来说可以分为零电压和零电流两
类 。 按照其出现的先后, 可以将其分为准谐振, 零
开关 PWM和零转换 PWM三大类 。 每一类都包含基
本拓扑和众多的派生拓扑 。
3） 零电压开关准谐振电路, 零电压开关 PWM电路和
零电压转换 PWM电路分别是三类软开关电路的代
表；谐振直流环电路是软开关技术在逆变电路中的
典型应用 。
