逆变器软开关



软开关（Soft Switching）知识科普

软开关技术是一种在电力电子领域中用于减少开关损耗和提高效率的技术。以下是关于软开关技术的详细科普：

定义与原理：

软开关技术通过在开关过程中控制电压和电流的波形，使得开关器件在零电压或零电流条件下进行切换，从而大大减少了开关损耗。当MOSFET等开关器件以软开关方式工作时，其输出电容会在电流上升过程中逐渐放电，导致Vds电压逐渐下降，这种现象被称为Miller Plateau效应。

Zero Voltage Switching策略：

ZVS是一种实现软开关的有效方法，它能在开关器件开启前将Vds电压降为零。实现ZVS的常见技术包括PWM半桥电路和谐振转换器。PWM半桥电路：通过精细调整死区时间，利用电感电流的负值，使开关器件的Coss像蓄电池一样充电，实现ZVS。谐振转换器：通过控制电感电流的方向，使开关器件在理想的ZVS状态下工作，有效抑制电容共振现象。

技术挑战与平衡：

尽管ZVS带来了高效能，但导通损耗的牺牲可能会影响整体效率，特别是在高输出电流或高频环境下。电路设计者需要在conduction loss和switching loss之间找到平衡，以优化整体效率。

关断技术与性能优化：

ZVS的关断技术对MOSFET和GaN等开关器件的性能优化起着关键作用。通过精确控制关断过程，可以进一步减少开关损耗，提高器件的可靠性和使用寿命。

应用前景：

软开关技术因其高效、低损耗的特点，在电力电子变换器、逆变器、电机驱动等领域具有广泛的应用前景。随着新型半导体材料和先进控制技术的发展，软开关技术将进一步推动电力电子系统的性能提升和成本降低。

功率器件开关技术

在功率器件开关技术中，硬开关和软开关是两种不同的开关方法。硬开关是指在IGBT导通和关断期间，电压和电流急剧变化，产生开关噪声和损耗。硬开关广泛用于简易开关、电机驱动逆变器和开关模式的电源应用。

相反，软开关使用LC谐振电路以零电流或零电压实现器件通断，或者控制电压和电流的开关时序，以最大程度地减少其波形交叉。软开关有助于降低开关噪声和损耗，因为开关器件在零或接近零的电压/电流情况下通断。软开关通常用于电磁电饭煲、电磁炉和微波炉。

软开关相比硬开关，在安全工作区（SOA）方面具有更多优势。

软开关技术基于“软开关”与“硬开关”的概念对比，硬开关在开关过程中电压和电流变化大，产生开关损耗和噪声，随着开关频率提高，损耗增加，影响电路效率。软开关在硬开关电路基础上，引入电感、电容等谐振器件，及其他辅助的二极管和控制开关，在开关转换过程中引入谐振过程，使得开关条件得到改善，减少硬开关的开关损耗和开关噪声，从而提高电路效率。

硬开关中电压和电流均不为零，产生重叠，导致波形出现过冲，产生开关噪声。硬开关工作特性下，开关管不是理想器件，产生开通损耗和关断损耗，统称为开关损耗。开关频率越高，开关损耗越大，变换器效率降低。传统的DCOC变换器中，开关器件工作在硬开关状态。

软开关的优点包括：消除电压、电流的重叠，降低开关损耗和开关噪声；磁性元件体积和重量的减小，有利于开关电源的小型化和轻量化；改善开关电源损耗，提高效率。硬开关存在开通和关断过程损耗大、感性关断和容性开通问题、二极管反向恢复问题、电磁兼容问题等缺点，限制了开关器件工作频率的提高。

软开关技术特性包括软开通和软关断，通过电路中的谐振实现。功率开关管软开关的理想波形与硬开关波形对比，发现软开关状态下，功率开关管两端电压、电流几乎没有交叠，从而不会产生开关损耗。

软开关分类分为零电压电路、零电流电路，主要依据开关元件开通和关断时电压、电流的状态。零电压、电流电路有四种开通关断状态，分别描述了开关在开通和关断过程中的理想状态，以及采用电容和电感延缓电压和电流上升速率的方法，降低损耗。

软开关电路可以分为准谐振电路、零开关PWM电路和零转换PWM电路。每种电路都可以用于降压型、升压型等不同电路，通过基本开关单元导出具体电路。准谐振电路、零开关PWM电路和零转换PWM电路分别具有特点，如谐振电压峰值、谐振电流有效值、电路工作范围、电路效率提高等。

逆变器高低开关是什么意思？

逆变器高低开关是指逆变器输出电压的控制方式。高开关是指逆变器将电源电压直接转换为高电压输出的一种控制方式。低开关则是指逆变器将电源电压通过输出滤波器滤波后再输出的一种控制方式。在实际应用中，逆变器高低开关的选择取决于应用场景和逆变器的设计要求。

逆变器高低开关的选择直接影响逆变器系统的性能。高开关能够提供更高的输出电压和较好的输出质量，但同时也存在着更大的开关损耗和EMI噪声，对系统的可靠性和抗干扰能力造成影响。低开关则能够提供更稳定的输出电压和更小的噪声，但需要更复杂的控制电路和滤波器，对系统的成本和性能提出了更高的要求。

随着电力电子技术的发展和智能化控制技术的应用，逆变器高低开关的发展趋势也在不断演变。未来的逆变器将采用更高效的软开关技术，可以将高开关和低开关结合起来，实现更高效、更稳定的输出性能。此外，随着新型材料的应用和功率半导体器件的不断更新，逆变器高低开关的性能和成本也将得到进一步的优化和提升。

山东奥太电气有限公司公司优势

山东奥太电气有限公司凭借其独特的技术优势，引领焊接设备行业。首先，他们的逆变焊机相比于传统的可控硅焊机，展现出显著的优越性。逆变焊机能根据需要灵活控制对外特性，适用于各种弧焊方法，而且拥有丰富的可调参数，数字控制技术保证了高精度。其输出电压和电流稳定，抗干扰能力强，不受电网波动和温度变化影响，表现出体积小巧、重量轻、运行安静和高效能的特点。

软开关逆变焊机是奥太的又一亮点。他们采用了自主研发的“软开关”技术，荣获国家科技进步二等奖，这显著降低了开关损耗，使得整机效率提升至高达92%，提高了可靠性，并且拥有出色的过载能力。值得一提的是，软开关技术还带来了休眠节能功能，当不进行焊接时，逆变器会自动进入休眠状态，减少空载损耗，进一步提高效率，同时降低了焊工触电的风险。

此外，奥太电气公司始终注重节能降耗，他们的焊机设计考虑了能源的有效利用，旨在减少不必要的能源消耗，为用户节省成本，同时对环保做出贡献。这使得奥太的产品在市场上不仅性能卓越，而且具有极高的性价比。

扩展资料

山东奥太电气有限公司是国家级重点高新技术企业，是目前国内规模最大的逆变焊接设备制造企业。十多年来，奥太事业快速发展，从2001年开始，连续7年，企业的增长速度都远远高于行业的平均发展速度和主要竞争对手的发展速度。2005年起，成为国内逆变焊接设备市场销量最大的企业，在行业中具有较高的影响力。

软开关的基本概念

软开关与硬开关是两种截然不同的开关技术。软开关通过在开关过程前后引入谐振，使得开关在开通前电压先降至零，关断前电流先降至零，有效消除了开关过程中电压和电流的重叠，降低了它们的变化率，从而显著减小甚至消除了开关损耗。此外，这种谐振过程还限制了开关过程中电压和电流的变化率，使得开关噪声也大幅度降低。

理想的软关断过程应该是电流先降至零，然后电压再缓慢上升至断态值，这样关断损耗几乎为零。而理想的软开通过程则是电压先降至零，电流再缓慢上升至通态值，使得开通损耗也几乎为零。这样的开关过程不仅解决了感性关断问题，还解决了容性开通问题，从而提高了电路的稳定性和可靠性。

在实际应用中，软开关技术被广泛应用于各种电力电子设备中，如逆变器、直流变换器等。通过采用软开关技术，这些设备能够更有效地转换电能，减少能量损失和噪音产生。同时，软开关技术还有助于延长设备的寿命，提高整体性能。

总的来说，软开关技术是一种先进的开关技术，它通过引入谐振过程来降低开关损耗和噪声，提高了电力电子设备的效率和稳定性。随着技术的不断发展，相信软开关技术将在更多领域得到应用和推广。

三电平直流变换器及其软开关技术目录

三电平直流变换器及其软开关技术目录

第1章 概述

1.1 三电平逆变器的发展概况

1.1.1 二极管箝位型：应用广泛

1.1.2 飞跨电容箝位型：结构独特，效率高

1.1.3 级联型多电平逆变器：多级并联，输出电压平滑

1.1.4 混合箝位型：结合多种技术，性能优异

1.2 三电平直流变换器的发展

1.2.1 非隔离型TL变换器：结构简单，成本低

1.2.2 隔离型TL变换器：安全隔离，适用于高压场合

1.2.3 半桥TL变换器：适用于功率因数校正

1.3 应用领域

1.3.1 通信电源：稳定可靠

1.3.2 功率因数校正：提高能效

1.3.3 高电压应用：电压转换要求高

1.3.4 低压大电流：适用于大功率场景

第2章 推导与简化

2.1 半桥TL变换器推导：基础理论

2.2 三电平开关单元：设计核心

2.3 TL变换器推导过程：逐步解析

2.3.1 一族TL变换器：多种变种的起源

2.4 TL变换器简化：改进技术

2.4.1 非隔离TL改进：简化结构，降低成本

2.4.2 正激TL简化：操作便捷，效率提升

2.5 复合式全桥TL变换器：综合性能优化

2.6 三电平波形可能性：理论与实践结合

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