电源软开关技术及常见软开关拓扑结构
软开关技术实际上是利用电容与电感的谐振，使开关器件中的电流或电压按正弦或准正弦规律变化。当电流过零时，使器件关断，当电压过零时，使器件开通，实现开关的近似零损耗。同时，有助于提高频率，提高开关的容量，减小噪声。
相对于软开关，普通开关电源的转换器也叫硬开关。
按控制方式，软开关可以分为：脉冲宽度脉冲频率调制式（pfm）、脉冲频率调制式（pwm）、脉冲移相式（ps）三种。
一、pwm变换器
pwm控制方式是指在开关管工作频率恒定的前提下，通过调节脉冲宽度的方法来实现稳定输出。这是应用最多的方式，适用于中小功率的开关电源。
1．零电流开关pwm变换器
图1：buck型zcs-pwm变换器
上图是增加辅助开关控制的buck型零电流开关变换器。其工作过程与前面过程略有差异：
1）线性阶段（s1、s2导通）：开始时，在lr作用下，s1零电流导通。随后，因uin作用，ilr线性上升，并到达ilr=io。
2）正向谐振阶段（s1、s2导通-关断）：当ilr=io时，因cr开始产生电压，vd在零电流下自然关断。之后，lr与cr开始谐振，经过半个谐振周期，ilr再次谐振到io，ucr上升到最大值，而icr 为零，s2关断，ucr和ilr将被保持，无法继续谐振。
3）保持阶段（s1导通、s2关断）：此状态保持时间由pwm电路要求而定，保持期间，uin正常向负载以i0供电。
4）反向谐振阶段（s1导通-关断、s2导通）：当需要关断s1时，可以控制重新打开s2，此时在lr作用下，s2电流为0。谐振再次开始，当ilr反向谐振到0时， s1可在零电流零电压下完成关断。
5）恢复阶段（s1关断、s2导通）：此后，ucr 在io作用下，衰减到0。
6）续流阶段（s1关断、s2导通-关断）：ucr衰减到0后，vd自然导通开始续流。由于vd的短路作用，s2可在此后至下一周期到来前以零压零电流方式完成关断。
可见，s1在前四个阶段（线性、谐振、保持）均导通，恢复及续流时关断。s2的作用主要是隔断谐振产生保持阶段。s1、s2的有效控制产生了pwm的效果，并利用谐振实现了自身的软开关。
该电路的开关管及二极管均在零电压或零电流条件下通断，主开关电压应力低，但电流应力大（谐振作用）。续流二极管电压应力大，而且谐振电感在主通路上，因而负载、输入等将影响zcs工作状态。
2．零电压开关pwm变换器
图2：boost型zvs-pwm变换器
上面是boost型零电压谐振变换器。在每次s1导通前，首先辅助开关管s2导通，使谐振电路起振。s1两端电压谐振为0后，开通s1。s1导通后，迅速关断s2，使谐振停止。此时，电路以常规pwm方式运行。同样，我们可以利用谐振再次关断s1，cr使得主开关管可以实现零关断。s1、s2的配合控制，实现软开关下的pwm调节。
该电路实现了主开关管的零压导通，且保持恒频率运行。在较宽的输入电压和负载电流范围内，可以满足zvs条件二极管零电流关断。期缺点是辅助开关管不在软件开关条件下运行，但和主开关管相比，它只处理少量的谐振能量。
3．有源钳位的零电压开关pwm变换器
下图为有源钳位的zvs开关pwm变换器，这是个隔离型降压变换器。其中，lr为变压器的漏电感，lm是变压器的激磁电感。cr为s1、s2的结电容。这个电路巧妙地利用电路的寄生lr、cr产生谐振而达到zvs条件。同时，cr有电压钳位作用，防止s1在关断时过压。
这里的辅助开关s2同样是通过控制谐振时刻，来配合s1进行软开关。该电路具体工作过程从略。
图3：有源钳位zvs-pwm正激变换器
（这个开关的课堂讲解略）。
二、pfm变换器
pfm是指通过调节脉冲频率（开关管的工作频率）来实现稳压输出的。它控制电路相对简单，但由于它工作频率不稳定，因此一般用于负载及输入电压相对稳定的场合。
1．buck零电流开关变换器
图4：buck型zcs准谐振变换器
该电路就是前面动态过程分析讲的典型zcs降压型拓补结构。我们可利用谐振电流过零来实现s1通断，脉宽事实上受谐振电路参数控制，但我们可以控制s1开通时刻（即频率）来实现pfm。
2．buck零电压开关变换器
图5：buck型zvs准谐振变换器
这个电路是一个buck型电路结构它利用。它直接利用输出电感作为谐振电感，和cr产生谐振。过程是：
1）线性阶段（s导通）：s导通时，输入电压uin将对cr充电，并提供输出恒流i0。开始时，由于续流过程没有结束，vd将维持一段时间向lr提供电流。
2）谐振阶段1（s导通-关断）：随着cr电压的上升，vd逐步承受反压关断。lr、cr开始谐振，输入电源既要提供负载恒定电流，又要提供谐振电流。由于电源钳位作用，vd无法恢复续流。谐振中，可以选择某一时刻关断s，关断时两端电压为0。
3）谐振阶段2（s关断）：此后，lr、cr、cs共同谐振。当cr电压谐振到过零时，vd重新导通续流。
4）谐振阶段3（s关断-导通）：续流期间，lr、cs继续谐振。当cs电压过零时，可以重新开通s。
这个电路是利用s的关断时刻来达到pfm调节的。
三、ps软开关变换器
脉冲移相软开关变换器用于桥式变换器。桥式变换器必须是在对角开关管同时导通时，才输出功率。我们可以通过调整对角开关管的重合角度，来达到调节电压的目的。在中、大功率电源中，经常使用这种变换器。
1．移相全桥零电压零电流变换器
下图是移相式ps-fb-zvzcs-pwm（移相-全桥-零电压零电流-脉宽调制）变换器电路拓补结构图。
c1c、c2c是开关管结电容或并联电容，lr为变压器的漏电感，ls为串联的饱和电感，cb为阻断电容。vd1-vd4用做续流二极管。
原理简述：这是一个全波桥软开关变换器，我们可以让s3、s4在移相时滞后，则我们把s1、s2称为超前桥臂，s3、s4称为滞后桥臂。s1、s2可以在lr、ls、c1c、c2c、副边耦合电感等的谐振作用下，实现零电压开关。在电流过零时，由于阻断电容、饱和电感作用，使得零电流有一定保持时间，在此期间，s3、s4实现零开关。
如果把ls、cb去掉，在s3、s4两端并联两个谐振电容，就构成了移相全桥零电压变换器。
图6：移相全桥零电压零电流变换器
2．不对称移相全桥零电压零电流变换器
下图中，超前臂外接了旁路电容和反并二极管，而滞后臂则没有。所以称为不对称移相全桥变换器。这个电路同样是通过谐振在零压时开关s1、s3，而在零电流开关s2、s4。
这个电路和对称全桥的区别是，对称全桥由于滞后桥臂有续流二极管和电容，因此在电流过零后，将形成反向流通渠道，因此要有比较大的电感来维持电流过零的时间，以完成对滞后桥臂的开关。而不对称全桥则因为滞后桥臂没有了通路，因此过零后能保持在零电流，以便完成滞后臂的开关。
同时，由于对称全桥电路原边串联了比较大的电感，因而电源效率会有一定损失。而不对称电路可以不串较大电感，所以损耗降低，电源效率得以提高。
下面是该电路的工作过程要点分析如下：
图7：不对称移相全桥零电压零电流变换器
1） 先看对角导通，如s1、s4开通时，原边能量正常向副边传输，c2、cc充电。
2） 当s1关断时，c1充电，c2放电，原边电流方向不变。由于c1上升是渐进的，所以s1属于零压关断。
3） 当c2放电过零，vd2开始反向导通时，可以控制s3导通，因此s3为零压导通。
4） s3导通上升沿触发一单稳态脉冲，控制辅管sc导通。此时，cc电压被瞬间接到变压器副边。从而在原边产生一瞬间高压，此较高电压将加快原边电流迅速复位归零。
5） 当电流回零后，辅管关断。此时副边又被钳制在近似短路的低电压，原边电压也迅速降低。使得c3电压反向加到s4上，促使s4在零电流下关断。
6） 此时，在lk作用下，同时可以零电流开通s2。电流换向成功，进入下半个周期。
7） 副边在原边换向的同时，也完成换向，且由于cc的存在，抑制了整流管的反向尖峰电压。
四、其它软开关技术应用及发展概况
其实，为了提高对输入电压、负载变化的适应能力，降低开关管电压、电流应力，减少开关损耗等目的，其它改进型的软开关类型还有很多，也有许多问题需要讨论，远远不是这些篇幅所能探讨的。这里只简单浏览相关典型软开关电路，感兴趣者可查阅相关专业资料。
1、 半桥不对称pwm变换器
与全桥变换器不同，在合适的控制方案下，半桥电路也可以组成不对称zvs变换器，但无法构成zvzcs电路。它可以实现开关管的零压切换，且在宽负载和输入电压范围实现恒频pwm调节。
2、 有源与无源软开关
一般的软开关，分为有源和无源两种。传统的软开关要附加有源器件（如开关）及控制电路，近几年逐步开始开发无源软开关，从而促进了电路的简化和开关电源的成本降低。
这项技术的关键是用简单的电路结构来实现dv/dt、di/dt的降低，从而有效地完成zvs、zcs控制，以消除电路中的有源部分。
3、 dc/dc变换器
dc/dc变换器实际上就是前面讲到的各类变换器。只是去掉开关电源的输入电路及部分输出整流器件，形成简单的dc/dc转换模块。这类器件目前取得了较大范围的应用，使得用户可以简单地构件自己的电源系统。
这种器件的研发，成为开关电源的一个重要分支。
4、 软开关逆变器
借用软开关的概念，在全桥电路上适当改进，可以构成软开关全桥有源逆变器电路。所以，软开关技术的应用不仅仅限于开关电源本身，其它类似功率变换电路也可以借用这个技术，而实现功率器件的软开关，从而降低损耗，提高效率。典型的如变频器、电机保护器。
5、三电平电路
在大功率高电压变换电路中，管子的电压应力必须尽量降低。因此，研发了所谓三电平电路。通过增加“变换电感”和电容器件，达到降低电压应力的目的。这个方案可以使开关管电压应力降低到输入直流电压的一半。
6、 其它电路及发展方向
变换器电路实际还有很多问题需要讨论，我们在有限的时间内不可能完全涉及。
变换器目前的发展大体有如下两个主要趋势：
（1） 朝高功率密度、大电流发展。以满足高功率电源需要。
（2） 朝低压发展，以满足低损耗系统的需要。目前在1vdc电源方向展开了一系列研究。
RG500U-EA顺利完成海外多局点场测，以优越性能助力5G客户扬帆出海
中国联通圆满完成了2019年5G春晚通信保障工作
云计算数据库安装运行需要解决的问题
从软件无线电技术到无线网络云的发展
福建晋华成了第二个中兴,福建晋华与美光恩怨未了
电源软开关技术及常见软开关拓扑结构
随着机器人的兴起 金属制造业将迎来新的发展力量
英文打字机的行距/显示屏
无纺布干态落絮测试仪的参数与原理
来中国电子展探讨贸易保护主义盛行时 中国集成电路的风险与机遇
电流传感器在电动汽车中的应用
氮气在SMT回流焊中的应用
美宸智联-便携式频谱仪
电子行业2018年Q1保持较高增速水平
多工器是什么？多工器原理及作用？
中科视拓SeetaFace6开放，同步推出v6版本与商用版本
芯北科技马达驱动芯片CN8033针对智能断路器应用，可替代明达微MD7620A
三菱PLC常用电路编程指令运用
一文解析显示器面板类型列举及其优缺点
Silicon Labs推出支持MCU和无线应用设计集成开发环境
相对于软开关，普通开关电源的转换器也叫硬开关。
按控制方式，软开关可以分为：脉冲宽度脉冲频率调制式（pfm）、脉冲频率调制式（pwm）、脉冲移相式（ps）三种。
一、pwm变换器
pwm控制方式是指在开关管工作频率恒定的前提下，通过调节脉冲宽度的方法来实现稳定输出。这是应用最多的方式，适用于中小功率的开关电源。
1．零电流开关pwm变换器
图1：buck型zcs-pwm变换器
上图是增加辅助开关控制的buck型零电流开关变换器。其工作过程与前面过程略有差异：
1）线性阶段（s1、s2导通）：开始时，在lr作用下，s1零电流导通。随后，因uin作用，ilr线性上升，并到达ilr=io。
2）正向谐振阶段（s1、s2导通-关断）：当ilr=io时，因cr开始产生电压，vd在零电流下自然关断。之后，lr与cr开始谐振，经过半个谐振周期，ilr再次谐振到io，ucr上升到最大值，而icr 为零，s2关断，ucr和ilr将被保持，无法继续谐振。
3）保持阶段（s1导通、s2关断）：此状态保持时间由pwm电路要求而定，保持期间，uin正常向负载以i0供电。
4）反向谐振阶段（s1导通-关断、s2导通）：当需要关断s1时，可以控制重新打开s2，此时在lr作用下，s2电流为0。谐振再次开始，当ilr反向谐振到0时， s1可在零电流零电压下完成关断。
5）恢复阶段（s1关断、s2导通）：此后，ucr 在io作用下，衰减到0。
6）续流阶段（s1关断、s2导通-关断）：ucr衰减到0后，vd自然导通开始续流。由于vd的短路作用，s2可在此后至下一周期到来前以零压零电流方式完成关断。
可见，s1在前四个阶段（线性、谐振、保持）均导通，恢复及续流时关断。s2的作用主要是隔断谐振产生保持阶段。s1、s2的有效控制产生了pwm的效果，并利用谐振实现了自身的软开关。
该电路的开关管及二极管均在零电压或零电流条件下通断，主开关电压应力低，但电流应力大（谐振作用）。续流二极管电压应力大，而且谐振电感在主通路上，因而负载、输入等将影响zcs工作状态。
2．零电压开关pwm变换器
图2：boost型zvs-pwm变换器
上面是boost型零电压谐振变换器。在每次s1导通前，首先辅助开关管s2导通，使谐振电路起振。s1两端电压谐振为0后，开通s1。s1导通后，迅速关断s2，使谐振停止。此时，电路以常规pwm方式运行。同样，我们可以利用谐振再次关断s1，cr使得主开关管可以实现零关断。s1、s2的配合控制，实现软开关下的pwm调节。
该电路实现了主开关管的零压导通，且保持恒频率运行。在较宽的输入电压和负载电流范围内，可以满足zvs条件二极管零电流关断。期缺点是辅助开关管不在软件开关条件下运行，但和主开关管相比，它只处理少量的谐振能量。
3．有源钳位的零电压开关pwm变换器
下图为有源钳位的zvs开关pwm变换器，这是个隔离型降压变换器。其中，lr为变压器的漏电感，lm是变压器的激磁电感。cr为s1、s2的结电容。这个电路巧妙地利用电路的寄生lr、cr产生谐振而达到zvs条件。同时，cr有电压钳位作用，防止s1在关断时过压。
这里的辅助开关s2同样是通过控制谐振时刻，来配合s1进行软开关。该电路具体工作过程从略。
图3：有源钳位zvs-pwm正激变换器
（这个开关的课堂讲解略）。
二、pfm变换器
pfm是指通过调节脉冲频率（开关管的工作频率）来实现稳压输出的。它控制电路相对简单，但由于它工作频率不稳定，因此一般用于负载及输入电压相对稳定的场合。
1．buck零电流开关变换器
图4：buck型zcs准谐振变换器
该电路就是前面动态过程分析讲的典型zcs降压型拓补结构。我们可利用谐振电流过零来实现s1通断，脉宽事实上受谐振电路参数控制，但我们可以控制s1开通时刻（即频率）来实现pfm。
2．buck零电压开关变换器
图5：buck型zvs准谐振变换器
这个电路是一个buck型电路结构它利用。它直接利用输出电感作为谐振电感，和cr产生谐振。过程是：
1）线性阶段（s导通）：s导通时，输入电压uin将对cr充电，并提供输出恒流i0。开始时，由于续流过程没有结束，vd将维持一段时间向lr提供电流。
2）谐振阶段1（s导通-关断）：随着cr电压的上升，vd逐步承受反压关断。lr、cr开始谐振，输入电源既要提供负载恒定电流，又要提供谐振电流。由于电源钳位作用，vd无法恢复续流。谐振中，可以选择某一时刻关断s，关断时两端电压为0。
3）谐振阶段2（s关断）：此后，lr、cr、cs共同谐振。当cr电压谐振到过零时，vd重新导通续流。
4）谐振阶段3（s关断-导通）：续流期间，lr、cs继续谐振。当cs电压过零时，可以重新开通s。
这个电路是利用s的关断时刻来达到pfm调节的。
三、ps软开关变换器
脉冲移相软开关变换器用于桥式变换器。桥式变换器必须是在对角开关管同时导通时，才输出功率。我们可以通过调整对角开关管的重合角度，来达到调节电压的目的。在中、大功率电源中，经常使用这种变换器。
1．移相全桥零电压零电流变换器
下图是移相式ps-fb-zvzcs-pwm（移相-全桥-零电压零电流-脉宽调制）变换器电路拓补结构图。
c1c、c2c是开关管结电容或并联电容，lr为变压器的漏电感，ls为串联的饱和电感，cb为阻断电容。vd1-vd4用做续流二极管。
原理简述：这是一个全波桥软开关变换器，我们可以让s3、s4在移相时滞后，则我们把s1、s2称为超前桥臂，s3、s4称为滞后桥臂。s1、s2可以在lr、ls、c1c、c2c、副边耦合电感等的谐振作用下，实现零电压开关。在电流过零时，由于阻断电容、饱和电感作用，使得零电流有一定保持时间，在此期间，s3、s4实现零开关。
如果把ls、cb去掉，在s3、s4两端并联两个谐振电容，就构成了移相全桥零电压变换器。
图6：移相全桥零电压零电流变换器
2．不对称移相全桥零电压零电流变换器
下图中，超前臂外接了旁路电容和反并二极管，而滞后臂则没有。所以称为不对称移相全桥变换器。这个电路同样是通过谐振在零压时开关s1、s3，而在零电流开关s2、s4。
这个电路和对称全桥的区别是，对称全桥由于滞后桥臂有续流二极管和电容，因此在电流过零后，将形成反向流通渠道，因此要有比较大的电感来维持电流过零的时间，以完成对滞后桥臂的开关。而不对称全桥则因为滞后桥臂没有了通路，因此过零后能保持在零电流，以便完成滞后臂的开关。
同时，由于对称全桥电路原边串联了比较大的电感，因而电源效率会有一定损失。而不对称电路可以不串较大电感，所以损耗降低，电源效率得以提高。
下面是该电路的工作过程要点分析如下：
图7：不对称移相全桥零电压零电流变换器
1） 先看对角导通，如s1、s4开通时，原边能量正常向副边传输，c2、cc充电。
2） 当s1关断时，c1充电，c2放电，原边电流方向不变。由于c1上升是渐进的，所以s1属于零压关断。
3） 当c2放电过零，vd2开始反向导通时，可以控制s3导通，因此s3为零压导通。
4） s3导通上升沿触发一单稳态脉冲，控制辅管sc导通。此时，cc电压被瞬间接到变压器副边。从而在原边产生一瞬间高压，此较高电压将加快原边电流迅速复位归零。
5） 当电流回零后，辅管关断。此时副边又被钳制在近似短路的低电压，原边电压也迅速降低。使得c3电压反向加到s4上，促使s4在零电流下关断。
6） 此时，在lk作用下，同时可以零电流开通s2。电流换向成功，进入下半个周期。
7） 副边在原边换向的同时，也完成换向，且由于cc的存在，抑制了整流管的反向尖峰电压。
四、其它软开关技术应用及发展概况
其实，为了提高对输入电压、负载变化的适应能力，降低开关管电压、电流应力，减少开关损耗等目的，其它改进型的软开关类型还有很多，也有许多问题需要讨论，远远不是这些篇幅所能探讨的。这里只简单浏览相关典型软开关电路，感兴趣者可查阅相关专业资料。
1、 半桥不对称pwm变换器
与全桥变换器不同，在合适的控制方案下，半桥电路也可以组成不对称zvs变换器，但无法构成zvzcs电路。它可以实现开关管的零压切换，且在宽负载和输入电压范围实现恒频pwm调节。
2、 有源与无源软开关
一般的软开关，分为有源和无源两种。传统的软开关要附加有源器件（如开关）及控制电路，近几年逐步开始开发无源软开关，从而促进了电路的简化和开关电源的成本降低。
这项技术的关键是用简单的电路结构来实现dv/dt、di/dt的降低，从而有效地完成zvs、zcs控制，以消除电路中的有源部分。
3、 dc/dc变换器
dc/dc变换器实际上就是前面讲到的各类变换器。只是去掉开关电源的输入电路及部分输出整流器件，形成简单的dc/dc转换模块。这类器件目前取得了较大范围的应用，使得用户可以简单地构件自己的电源系统。
这种器件的研发，成为开关电源的一个重要分支。
4、 软开关逆变器
借用软开关的概念，在全桥电路上适当改进，可以构成软开关全桥有源逆变器电路。所以，软开关技术的应用不仅仅限于开关电源本身，其它类似功率变换电路也可以借用这个技术，而实现功率器件的软开关，从而降低损耗，提高效率。典型的如变频器、电机保护器。
5、三电平电路
在大功率高电压变换电路中，管子的电压应力必须尽量降低。因此，研发了所谓三电平电路。通过增加“变换电感”和电容器件，达到降低电压应力的目的。这个方案可以使开关管电压应力降低到输入直流电压的一半。
6、 其它电路及发展方向
变换器电路实际还有很多问题需要讨论，我们在有限的时间内不可能完全涉及。
变换器目前的发展大体有如下两个主要趋势：
（1） 朝高功率密度、大电流发展。以满足高功率电源需要。
（2） 朝低压发展，以满足低损耗系统的需要。目前在1vdc电源方向展开了一系列研究。
RG500U-EA顺利完成海外多局点场测，以优越性能助力5G客户扬帆出海
中国联通圆满完成了2019年5G春晚通信保障工作
云计算数据库安装运行需要解决的问题
从软件无线电技术到无线网络云的发展
福建晋华成了第二个中兴,福建晋华与美光恩怨未了
电源软开关技术及常见软开关拓扑结构
随着机器人的兴起 金属制造业将迎来新的发展力量
英文打字机的行距/显示屏
无纺布干态落絮测试仪的参数与原理
来中国电子展探讨贸易保护主义盛行时 中国集成电路的风险与机遇
电流传感器在电动汽车中的应用
氮气在SMT回流焊中的应用
美宸智联-便携式频谱仪
电子行业2018年Q1保持较高增速水平
多工器是什么？多工器原理及作用？
中科视拓SeetaFace6开放，同步推出v6版本与商用版本
芯北科技马达驱动芯片CN8033针对智能断路器应用，可替代明达微MD7620A
三菱PLC常用电路编程指令运用
一文解析显示器面板类型列举及其优缺点
Silicon Labs推出支持MCU和无线应用设计集成开发环境