第1章绪论

一切用电设备都离不开电源，供电电源总体上分为交流电源和直流电源两大类。

从发电厂生产的交流电源经变压器升压后，有交流和直流两种高压输电方式。交流输电方式是直接将升压后的交流电通过三相三线传输，终端通过变压器降压后供给用户；直流传输方式是将升压后的高压经过整流（AC-DC变换）变成直流电压，通过正、负两线传输，终端再将直流逆变成交流电压（DC-AC变换），通过变压器降压后供给用户。直流输电的优点是节约输电成本，减小无功损耗。无论是交流输电还是直流输电，在用户终端都是交流电源。

如果电网提供的交流电源不能直接满足用电设备的要求，必须有一个中间环节将供电电源转换成用电设备需要的电源，这个电源就是变换电源。变换电源主要包括AC-DC变换（整流）、DC-DC变换、DC-AC变换和AC-AC变换等几种形式。低损耗、高效率的变换电源都采用先进的软开关技术。

AC-DC变换已经是很成熟的电源变换技术，它包括二极管整流和晶闸管可控整流技术。由于它的结构简单，因此得到了广泛的应用。但它有一个很大的缺点，就是输入电流含有很大谐波，波形严重失真，降低了电网的功率因数，晶闸管可控整流还会对电网造成严重的污染。提高整流电路的功率因数，减小谐波干扰，是整流技术的发展方向。将软开关技术应用到AC-DC整流电路中，是近年来主要的研究领域，比较成熟的软开关技术有PWM整流和软开关功率因数校正。

DC-DC直流变换将一种固定的直流电压变换成可调的直流电压或是另一种固定的直流电压。由于采用开关电路，开关器件在导通和关断时有电压和电流作用在开关器件上，会造成很大的开关损耗和高次谐波，尤其是高频情况下更为严重。将软开关技术应用到DC-DC直流变换器电路中，也是近年来主要的研究领域。主要成果有ZVSPWM DC-DC变换器；ZCS PWM DC-DC变换器；ZVTPWM DC-DC变换器；ZCT PWM DC-DC变换器；移相控制ZVS PWM DC-DC变换器；移相控制ZCSPWM DC-DC变换器等。

DC-AC变换将直流电源变换成频率可调或固定的交流电源。三相变频电源一般用于驱动三相交流电动机，频率变化范围从几赫兹到几百赫兹，高速交流变频电源有的达到几千赫兹。单相变频电源根据负载的类型决定频率范围，有的固定在某一个很小的频率范围内。DC-AC变换电路也是开关电路，为了减小开关损耗，减小谐波干扰，也要研究软开关技术。在逆变器电路中有采用负载谐振创造软开关条件，也有采用直流输入侧谐振创造软开关条件，还有在变换电路内部产生部分谐振创造软开关条件。将软开关技术应用到逆变器电路中，也是近年来主要的研究领域。

1.1 软开关技术的提出及实现策略

讨论和研究开关电路时，如果不是明确指出是软开关，一般都是指硬开关而言的。硬开关，是指开关器件工作在硬开关（Hardswitching）状态。图1-1是开关管开关时的电压波形和电流波形。由于开关管不是理想器件，在导通时开关管的电压不是立即下降到零，而是有一个下降时间，同时它的电流也不是立即上升到负载电流，也有一个上升时间。在这段时间里，电流和电压有一个交叠区，产生损耗，称为导通损耗（Turn-onloss）。当开关管关断时，开关管的电压不是立即从零上升到电源电压，而是有一个上升时间，同时它的电流也不是立即下降到零，也有一个下降时间。在这段时间里，电流和电压也有一个交叠区，产生损耗，称为关断损耗（Turn-offloss）。因此在开关管开关工作时，要产生导通损耗和关断损耗，统称为开关损耗（Switchingloss）。在一定条件下，开关管在每个开关周期中的开关损耗是恒定的，变换器总的开关损耗与开关频率成正比，开关频率越高，总的开关损耗越大，变换器的效率就越低。开关损耗的存在限制了变换器开关频率的提高，从而限制了变换器的小型化和轻量化。

图1-1 开关管开关时的电压波形和电流波形

开关管工作在硬开关时还会产生高的di/dt和du/dt，从而产生大的电磁干扰（Electro-magneticInterference, EMI）。图1-2所示为接感性负载时，开关管工作在硬开关条件下的开关轨迹，图中虚线为双极型晶体管的安全工作区（SafetyOperation Area, SOA），如果不改善开关管的开关条件，其开关轨迹很可能会超出安全工作区，导致开关管的损坏。