低开关损耗，还会带来总损耗增加、关断过电压增大等负面问题。
7
§5.2 软开关电路的分类
❖ 根据电路中主开关是零电压开通还是零电流关断， 可分成零电压电路和零电流电路两大类。
❖ 根据软开关技术发展历程可分为准谐振电路、零 电压PWM电路和零转换PWM电路。
❖ 每种软开关电路都可用于降压型、升压型等不同 电路，因此可以由基本开关单元导出具体电路。
S
0
S1
0
iS
0
im
0
iS1
u
0
S
0
u S1
0
t0
t1 t2 t3 t4 t5
图5-22 有源钳位正激型电路的波形
23
2.特点
➢主开关S工作在零电压开通条件，开关损耗显著降低。
➢存在变压器励磁电流为负值的工作状态，这意味着变 压器的磁通在工作过程中可以从正值变化为负值，工作 在磁化曲线的Ⅰ、Ⅲ两个象限。因此有源钳位正激型电 路的变压器的磁心利用率大大提高，表现为同等功率的 电路时，磁心尺寸可以很小，绕组匝数可以减小，从而 变压器的体积和重量可降低。
iS
uS
iS
uS
t
iSuS
u t
t
p
t
a)
b)
图5-1 硬开关电路的开关过程
a) 硬开关开通过程 b) 硬开关关
3
硬开关过程: 1)产生较大的开关损耗和开关噪声; 2)开关损耗随着开关频率的提高而增加，使电路效率
下降，发热量增大，温升提高，阻碍了开关频率的 提高； 3)开关噪声给电路带来严重的电磁干扰问题，影响周 边电子设备的正常工作。
零电压转换PWM电路是另一种常用的软开关电路，具 有电路简单、效率高等特点，广泛应用于功率因数校正（PFC） 电路、DC-DC变换器、斩波器等。由于该电路在升压型PFC中 的广泛应用，特以升压型电路为例，介绍这种软开关电路的 工作原理。
IL
iD
VD
L
Ui
S
Lr iLr VD1
Cr
C
R
VDS
S1
UO
图5-23 升压型零电压转换PWM电路的原理图
25
工作过程分析：
在分析中，假设电感L和电容C都 很大，并忽略器件与线路中的损耗。
t~0 时t1 段：辅助开关 先于S开通，电
感电流 迅速增iLr长，二极管VD中的电流以
同样的速率下降。直到 时刻，t1二极管VD中 电流下降到零，二极管自然关断。
t~1 时t2 段： 与Lr 构C成r 谐振回路。的Lr
Cr
S
Lr A L
U i VDS
iLr
+
VD
u
-
D
C
R
图5 - 7降压型零电压开关准谐振电路原理图
15
2.工作原理 S
Cr
S
U i VDS
Lr A L
iLr
V
+u D
C
D-
uS (uCr )
R iS
图5 - 7降压型零电压开关准谐振 电路原理图
· uCr
+
IL
A
Cr Ui
iLr
u D t0 t1 t2 t3 t4 t5 t6
t0
t
图5 – 8 零电压开关准谐振电路的理 想化波形
18
t4 t5 ~ 时uC段r ：
被钳
位于i零Lr ， 线性衰减，t5直到
S
时刻i，Lr =0。由于这一时段S
t
两端电压为零，所以必须在这 uS (uCr )
一时段使开关S开通，才不会
t
产生开通损耗。
iS
t5 t6 ~ 时段：S为通iL态r ，
4
软开关：
✓ 在原来的开关电路中增加很小的电感、电容等谐振元件， 构成辅助换相网络，在开关过程前后引入谐振过程，消除 开关过程中电压、电流的重叠。
✓ 降低开关损耗和开关噪声。
u
u
i
i
t
t
p
关断过程
tp
t
a)
b)
图5-2 软开关电路的开关过程
a) 软开关开通过程 b) 软开关
5
❖ 5.1.2 零电压开关与零电压开关
0
t0
t1 t2 t3 t4 t5
图5-22 有源钳位正激型电路的波形
N1 N 2 VD1
●●
C1
Ui
im
VD2
iL
iD2
C
R
S1 S
c) 有源钳位正激型电路在 t2~ t3时段的等效电路
N1 N 2 VD1
●●
C1
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱim
Ui
VD2
i
D
i
2
L
C
R
S1
S
iD
d) 有源钳位正激型电路在t3~ t4时段的等效电路
电流增加而 的Cr电压下降， 时t2刻，其电压 刚好uC下r 降到零，开关S的反并二极管 导通，VD
S
被钳位u于Cr零，而电流 保持不变iLr。
IL Ui
L
VDS
iLr Lr Cr
S1
图5-25 升压型电压转换PWM电路在 t1~ t2时段的等效电路
降低了可靠性。
19
5.3.3 有源钳位正激型电路
该电路变压器二次侧的结构与普通正激型电路一样， 不同的是一次电路结构。该电路没有复位绕组，而是采用含 有反并联二极管的开关S1和电容C1构成复位电路。
N1 N2
L
●●
C1
Ui
VD1
VD2
C
R
S1
S
图5-20 有源钳位正激型电路
20
1.工作过程
t~0 t时1 段：主开关S开通，二极管 VD1
➢省去了复位绕组，变压器的制造工艺可以简化，有利 于减低成本。
由于有源钳位正激型电路具有诸多优点，而且开关数
量较移相全桥零电压开关PWM电路少，电路中的谐振电压和电
流又明显小于零电压准谐振电路，该电路被广泛应用于中小
功率密度的电源装置中，典型的例子是模块化的隔离型DC-DC
变换器。
24
5.3.4 零电压转换PWM电路
t t t t
t0
t
图5-9 零电压开关准谐振电 路在 t0 ~t1 时段等效电路
图5 – 8 零电压开关准谐振电路的理 想化波形
16
Cr
S Lr A L
U i VDS
iLr
V
+u D
C
D-
R
图5 - 7降压型零电压开关准谐振 电路原理图
S
uS (uCr )
iS
iLr
u+ Cr
iLr
Ui Cr
Lr
22
t4 ～ t5 时段：S1关断时，变压器的励
磁电流方向为由下向上，S1关断后，励磁
电流流过主开关Ｓ的反并联二极管，t4 时
刻，Ｓ开通，此时Ｓ的反并联二极管处
于通态，Ｓ两端电压为零，所以Ｓ为零
电压开通。
N1 N 2 VD1
L
●●
C1
Ui
im
VD2
iL
iD2
C
R
iS
S
e) 有源钳位正激型电路在t～4 t5时段的等效电路
8
S
L
VD
S
L
VD
a)
b)
L
VD
S
L
S
VD
c)
d)
图5-3 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) 升压斩波器中的基本开关单元
9
5.2.1 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。这是最早出现的一类软开 关电路，有些现在还在使用。
t
线性上升，直到t6 时段，
iLr
iLr= I L ，VD关断。
t
t6 t0 ~ 时段：S为通态，
VD为断态。
u D t0 t1 t2 t3 t4 t5 t6
t0
t
缺点：谐振电压峰值将高于输入 图5 – 8 零电压开关准谐振电路的理 电压的两倍，增加了对开关器件 想化波形
耐压的要求，增加了电路的成本，
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
开关关断前电流为零,关断时不会产生损耗和噪声。
通常简称零电压开关和零电流开关。零电压开通 和零电流关断主要依靠电路中的谐振来实现。
零电压关断 开关并联的电容能延缓开关关断后电压上升的速
度，降低开关损耗。
6
零电流开通 与开关相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。 简单地在硬开关电路中给开关并联电容或串联电感，不仅不会降
开关单元
开关单元
13
§5.3 典型的软开关电路
❖ 5.3.1 零电压准谐振电路 ❖ 5.3.3 有源钳位正激型电路 ❖ 5.3.4 零电压转换PWM电路 ❖ 5.3.2 移相全桥型零电压开关PWM电路
14
5.3.1 零电压准谐振电路
1.电路结构
假设电感L和电容C都很大，可以等效为电 流源和电压源，并忽略电路中的损耗。
通，VD2断，电感L的电流增长，变压器的
励磁电流 也im线性增长。
t1 t2 ~ 时段：S关断，二VD极1 管 VD2
断， 通，电感L的电流下降。变压器的励磁im
电流 S1 通过 的反并二C极1 管向电容 充电。
S
0
S1
0
iS
0
im
0