开关电源的软开关技术

开关电源的软开关技术（共8篇）

开关电源的软开关技术 篇1

1.高频开关电源由哪几部分组成？（画出原理方框图加以说明）

输入滤波电器→整流滤波→逆变→输出整流滤波→控制电路、辅助电源、检测电路、保护控制电路

第二章

1.串联型线性稳压电源的工作原理，开关型稳压电源的工作原理以及两种电源的优缺点比较。

串联线性调整型稳压电源的基本工作原理：Vo=E-ILRW 开关型稳压电源的工作原理：EAB=ton/T×E

串联型线性稳压电源优点：稳定性好，输出纹波电压小，使用可靠。

缺点：1.体积大且笨重的工频变压器和滤波器。2.功耗大，效率低，需要大功率调整管。3.需要体积很大的散热器。

开关型稳压电源优:1功耗小，效率可达70%-95%。2可靠性、稳定性高。3重量轻，体积小；散热器体积小；不需要电源变压器；工作频率高，滤波电容电感数值小。4对电网输入的适应能力提高。2．TRC控制的方式和特点

方式：脉冲宽度调制方式、脉冲频率调制方式、混合调制方式。

脉冲宽度调制方式:开关周期恒定，通过改变脉冲宽度来改变占空比的方 式。

脉冲频率调制方式：导通脉冲宽度恒定，通过改变工作频率改变占空比。混合调制方式：导通脉冲宽度和开关工作频率均不固定的方式。3.PWM和PFM型TRC控制变换器型开关电源的工作原理的区别。

PWM开关电源稳压的基本原理：输出电压增大→反馈电路检测该值，与基准电压比较，放大→脉宽-转换电路转换成脉冲宽度的变化（使脉冲变窄，即占空比变小）→输出电压值下降→输出电压稳定。

输出电压减小→控制回路输出脉宽增大→输出电压增大→输出电压稳定 PFM开关电源稳压过程：输出电压上升→控制回路输出脉冲的工作周期增大（频率下降）；输出电压下降→控制回路输出脉冲的工作周期减小。4.PWM型稳压电源的优缺点。

优点：

1、体积小，重量轻。

2、效率高

3、适应性强

4、可防止过电压的危害

5、输入交流突然停电时，输出电压保持时间长。

6、输出电压越低，输出电流越大。缺点：

1、电路复杂，元器件数量多。

2、输出纹波大

3、动态响应差。第三章

1.推挽、全桥、半桥电路的电路结构，工作原理，各自的特点。

推挽工作原理：①开关BG1和BG2交替导通，输入直流电压→高频方波交流电压。⑤当两个开关都关断时，VCE1和VCE2 均为E。电路的缺点：高频变压器利用率太低。

优点：

1、管子数目少。

2、驱动电路和过流保护电路简化、选择余地增大。全桥电路工作原理：①当BG1与BG2开通，截止晶体管(BG3、BG4）上的电压为输入电压E。

②当4个开关都关断时，同桥臂上的每个开关承受电压为E/2。优点：1管子选择方便。

2、适用于大功率输出。缺点：电路复杂，元器件多。

半桥电路工作原理：①当两个开关管BG1和BG2都截止时，电容C01，C02中点A的电压为E/2。

②当BG1导通时，C02充电，C01放电，中点A电位在BG1导通终了，将下降E/2-△E。

③当BG2导通，C01 充电，C02放电，中点A电位在BG2导通终了增至 E/2+△E。优点：

1、管子稳态时，承受最高电压低于输入电压E。

2、管子的数量只有全桥的一半。

3、不容易发生变压器的偏磁和直流磁饱和。

缺点：1高频变压器上的电压只有输入电源电压的一半。2电容充放电导致电压脉冲的顶部有倾斜，同时流过跟电路工作频率相同的充放电电流。2．单端反激电路的电路结构，工作原理，电路波形。

工作原理：

1、第一阶段(t0 , t1)。开关管导通→变压器T的初级线圈NP电流IP线性增加→在NP上产生感应电动势(上正下负)→在NS上产生感应电动势(上负下正)→二极管D反向截止，变压器初级线圈电感储存能量。

2、第二阶段(t1 , t2)。开关管截止→iP减小→NP磁通量变小→ NS上产生感应电动势(上正下负)→二极管D导通，给输出电容充电和负载供电。

3.单端正激电路的电路结构，工作原理，电路波形。

工作原理：

1、第一阶段(t0 , t1)。

1、开关Q导通后，NP线圈流

过电流iP。

2、NP线圈的产生感应电动势为上正下负，次级线圈NS感应电动势也是上正下负。

3、D2导通，D3截止，电感L的电流逐渐增长。

2、第二阶段(t1 , t2)。

1、开关Q截止，iP 趋于零，感应电动势反向。

2、D2截止，D3导通，电感L通过D3续流。

3、去磁线圈Nt感应电动势上负下正D1导通续流，使Nt上储存的能量通过D1回送到直流输入回路。起到去磁作用。

4.合闸浪涌电流的起因，危害，限制合闸浪涌电流的方法。

起因；电容输入式整流滤波电路在接通交流电压时，在合闸时，由于电容充电引起的。

危害：1.使开关接点溶接或使输入熔断器熔断。2.浪涌电流干扰相邻用电设备。3.多次反复的大电流冲击，导致整流器、电容性能劣化。方法：在输入整流回路内串入限流电阻。第四章

1．输入滤波电路的作用，三种输入滤波电路的工作原理。

其主要作用：抑制开关电源本身对交流电网的反干、扰抑制交流电源中的高频干扰串入开关电源。

原理：该电容对高频干扰阻抗很低，可将两线之间的干扰通过电容C消除，对工频信号阻抗很高，没有影响。图b，两个电容组成滤波设备。每根线上相同干扰可通过电容入地，滤除共模干扰。图c其中C1，C2滤除共模干扰（纵向），C3滤去常态干扰。使滤波措施全面有效

2．共模扼流线圈的工作原理。

共模扼流圈：L1，L2是绕在同一闭路磁环中的匝数相同，在同名端输入同向电流，产生相同磁通的线圈。

当流入方向相同的纵向噪声电流，两线圈产生的磁通是同方向的，电感呈现高阻抗，阻止共态噪声进入开关电源。同时也阻止开关电源内产生的噪声向公共电网扩散。

3.工频滤波电路的工作原理。

图中工频滤波器：

1、L1,C5,C6为共模滤波

2、其余电容和L2为常态滤波元件

3、C3为大容量电解电容，C4为无感电容。

C3等效电路：

1、电感L是由引线和构成电容的卷片形成。

2、R2为并联泄漏电阻，是介质材料电阻率的函数。

5.辐射干扰的种类，产生的原理，危害。

种类：静电干扰，噪音干扰。

原理：静电干扰—来自开关电源中的高压切换，导致开关管，散热器与机壳及机内引线之间的分布电容产生瞬变电压 噪音干扰—来自大的脉冲电流

危害：回路出现很大的短路电流，损坏管子，产生较大的噪声。6.各种防止辐射干扰的方法、措施。

1.采用肖特基或者快恢复二极管。减小反向恢复时间。

2.在输出端加多级滤波器，使流过二极管中的电流减少，减小恢复时间。3.在每个开关二极管两端并接RC网络改善其恢复特性

4.在二极管回路中串联电感L抑制二极管的反向恢复尖峰电流。简单的方法：串一个小磁环。第五章

1．控制电路的功能。

1.获得规定的输出电压值以及调节范围。2.实现输出电压的软启动。3.实现输入电压的软启动。4.远距离操作功能。5.程序供电功能。6.并联运行功能。

2．脉宽调制集成芯片的基本组成以及各部分的工作原理。

1、PWM信号产生电路：实现脉宽调制

2、功率电路的故障保护：使op1输出电平或很窄的PWM脉冲，从而起保护功能。

3、软启动：使op1输出很窄的PWM脉冲

4、干扰抑制：使S端状态变化不影响锁存器输出。

5、死区时间控制：设置死区时间

3.PWM信号产生的原理以及波形。

1、放大器输出直流误差电压VC加到比较器的反相输入端。

2、固定频率振荡器产生的锯齿波加到比较器的同相输入端比较器输出一方波信号。

3、此方波信号的占空比随误差信号VC变化而变化。实现脉宽调制。

4、分相电路由触发器Q及两个与门组成，将PWM信号分成两组信号。

5、触发器的时钟信号对应锯齿波 的下降沿。

6、产生PWM信号是集成PWM控制器的基本功能。

4.SG1525/ SG1527集成PWM控制器的组成以及各部分的功能。1.基准电源：作为内部电路的供电电源。2.振荡器：实现脉冲信号与外电路同步3.误差放大器4.PWM比较器及琐存器：能实现软启动功能。5.分相器：实现PWM脉冲分相。6.欠压琐定：封锁PWM脉冲7.输出级：输出级作为电流源：向负载提供电流。输出级作为电流汇：吸收负载电流。5.软启动电路的种类以及工作原理。

1、输入电网电压分段启动。在合闸时，先接入限流电阻R，将合闸浪涌电流制在设定范围，待输入电容充满后，将该电阻短接。

2、输出电压软启动。一般PWM低电压大电流稳压电源的输出滤波电容较大。输出电压突然建立形成很大的电容充电电流。

6.过流保护电路的形式、工作原理，特点。1.切断式保护

工作原理：检测电流信号→电流-电压转换电路→电压信号→经过比较电路进行比较。

特点：属于一次性动作，对保护电路中电流检测或电压比较电路要求低，容易实现。2.限流保护

工作原理：当负载电流达到设定值时，保护电路工作，使V/W电路输出脉宽变窄→稳压源输出电压下降→ 输出电流被限制在某设定范围以内。特点：抑制稳压电源启动时输出的浪涌电流。3.限流—切断式保护

工作原理：当负载达到某个设定值，保护电路动作，输出电压下降。负载电流被限制。如果负载继续增大至第二个设定值或输出电压下降到某个设定值，保护电路进一步动作，将电源切断。特点：分段保护。

7.过压保护电路的工作原理。

过压保护电路工作原理：当输出电压升高→达到稳压管击穿电压与触发电压之和→晶体管触发导通→输出过流→过流保护动作，切断电源输出。（图5-26（a））过压保护电路工作原理：过电压→晶体管导通→阳极输出低电平→V/W电路停振或整个控制电路停止工作，→使高压开关管截止。（图5-26（b））第六章

1．比较恒流驱动电路和比例电流驱动的特点。

恒流源驱动：高压开关管的正向基极驱动电流大致保持恒定数值，不随集电极电流的增减而相应地发生变化。

比例电流驱动电路：控制IB值，使晶体管在所有集电极电流下保持准饱和状态。2．反向驱动电路的工作原理，特点

无偏驱动电路：限制感应电动势在被驱动晶体管的基极开启电平以下 电容储能式驱动电路：工作原理：当变压器副边出现正脉冲压Vg，正向基极电流 IB1流过BG1的基极,使晶体管导通，电阻R1将电流IB1限制在额定值。

当副边电压Vg=0，充满电的电容C使BG2基极电阻R1、R2承受正向偏压，并使BG2导通，把BG1的基极接到负极性，提供反向基极电流IB2。特点：用一个脉冲变压器获得反偏

3.电压型驱动电路的种类以及各自的工作原理，特点。

种类：隔离型驱动电路（磁隔离和光隔离）和不隔离型驱动电路。原理P75—76

4、驱动电路作用：将控制电路的驱动脉冲放大到足以激励高压开关。第二章、第三章 软开关

1．硬开关的工作原理，存在的问题；软开关的，优点。硬开关：开通和关断时，电流和电压有交叠区，都会产生损耗。软开关优点：1.零电流开通 2.零电压开通3.零电流关断4.零电压关断 3.零电流谐振开关的工作原理、零电压谐振开关的工作原理。

零电流谐振开关的工作原理：S1开通前，Lr的电流为零；S1开通时，Lr限制S1中电流的上升率→实现S1的零电流开通。S1关断时，Lr和Cr谐振，Lr电流回零→实现S1的零电流关断。

零电压谐振开关的工作原理：S1导通时，Cr上的电压为零；S1关断时，Cr限制S1上电压的上升率→实现S1的零电压关断。S1开通时，Lr和Cr谐振，Cr电压回零→实现S1的零压开通。

4.零电流开关准谐振变换器（半波模式、全波模式）的工作原理，每个阶段的特点。

半波模式： S1由开关管Q1、二极管DQ1串联构成。

工作原理：DQ1使电流只能单向流动→Lr的电流只能单向流动。全波模式：S1由开关管Q1、二极管DQ1反并联构成。

工作原理：DQ1提供反向电流通路→Lr的电流双向流动→Lr，Cr自由谐振。5.零电压开关准谐振变换器（半波模式、全波模式）的工作原理，每个阶段的特点。

半波模式：S1由开关管Q1、二极管DQ1反并联构成。

工作原理： DQ1提供反向电流通路，S1可双向流过电流→Cr的电压被DQ1箝位为零→Cr的电压只能为正。

全波模式：S1由开关管Q1、二极管DQ1串联构成。

工作原理： DQ1使S1电流只能单向流动→Cr上的电压既可正，也可负→Lr，Cr自由谐振。

开关电源的软开关技术 篇2

关键词：电流源型三相逆变器,电流空间矢量,双向拓扑,软开关

0 引言

电力电子变换技术在工业自动化、智能交通、输电配电、节能降耗、环境保护治理等方面起到了巨大的推动作用[1]。特别是近年来随着世界各国工业和科技的迅速发展,电力电子变换技术正在快速更新,其对人类社会的影响与日俱增。在采用独立运行逆变器供电的应用场合中,随着用电设备的增加,对逆变器的功率等级与可靠性的要求也随之增高[2]。

国内在功率变流领域方面的研究起步较晚,与发达工业国家相比尚有较大的差距。迄今为止,国内外学者对电流源型三相逆变器的研究相对电压源型三相逆变器来说要少得多。在此背景下,本文对电流源型三相逆变器进行系统的研究包括:数学模型的建立与分析,电流空间矢量控制技术,电流双向流动拓扑与控制,新型软开关拓扑及其控制方法。该研究对提升我国电力电子装备技术具有重要的意义。

1 建模与分析

1.1 d-q坐标系下逆变器的数学模型

图1 为电流源型三相逆变器拓扑图,其中各参数的意义:C为输出的滤波电容;Usd,Usq为逆变器输出电压的d,q分量;isd,isq为逆变器输出电流的d,q分量;ω 为d q坐标轴的旋转角速度;L为直流侧大电感;Idc为直流侧大电感的电流;R为负载;Uin为输入直流电压;r为输入侧串联电阻的等效值。

以第6 扇区为例分析,由电流源型三相逆变器的工作原理可得:

由逆变器的拓扑可得:

将电压和电流均进行d-q坐标变换,得到式(3):

以第2 扇区(I2矢量与 β 轴同向,便于分析)为例,两电流矢量的作用时间为:

电流源型三相逆变器在d-q坐标系下的平均模型表达式如式(5)所示,结构框图如图2 所示。

1.2 电流源型三相逆变器的参数设计

由于三相逆变器采用PWM控制,而PWM有很多不同的调制方法[3],通过这些PWM调制来控制输出电流ik(k = a,b,c) 的相位和幅值。所以可以保证的是:保持逆变器输出电流接近正弦并且输出电流ik和电网电压uk同相。根据上述的理论说明可知,此时基波相移因数为1。功率因数的高低取决于上述两个变量的值,而这两个变量都可以尽量保证为1,所以功率因数也可以近似为1。据此便达到了获得高功率因数的目的。

为了在d-q坐标系下对整个三相逆变器系统进行分析以及对控制器进行设计,需要对逆变器的输出电压、电感电流、负载电流进行三相到两相的Clarke变换和旋转变换,得到d-q坐标系下控制系统的各控制量。

假设三相逆变器输出电流为三相对称,则可以得出三相电流各次谐波表达式如下:

式中:ian,ibn,icn分别为a,b,c相电流的第n次谐波;imn为n次电流谐波的幅值;ω 为基波角频率。通过计算可以得到各次谐波通过变换后在d-q坐标系下的分量为:

式中:idn和iqn分别为第n次谐波经过变换后在d轴和q轴上的分量。

电流源型三相逆变器交流侧电流与开关函数成正比,当采用PWM控制时,由于开关函数中含有谐波分量,因而逆变器交流侧电流中亦含有谐波分量。为了滤除交流电流中的谐波分量,电流源型三相逆变器交流侧必须设置滤波环节。 LC滤波器是典型的无源滤波器,使用设计都比较简单,能满足基本需求,所以本文采用最简单的LC滤波器。

电流源型三相逆变器输出交流侧的滤波环节的谐波电流传递函数Gh(s) 可表示为:

其中:R为LC滤波环节的等效电阻;Isjh(s) 为电流源型三相逆变器输出电流谐波分量的拉氏变换量;Ipjh(s) 为电流源型三相逆变器输出电流谐波分量的拉氏变换量;电流源型三相逆变器交流侧LC滤波环节的传递函数呈现为二阶传递[4]。所以当设计LC滤波环节的参数时,首先必须要确定合理的LC滤波器的截止频率,以滤除PWM谐波,并有效地抑制低次谐波电流。另外,还必须使LC谐波器具有一定的阻尼比,以抑制网侧电流振荡。

由于PWM谐波主要分布在开关频率的整数倍频附近,因此LC滤波器设计必须充分考虑到开关频率点附近的谐波衰减,同时还必须确保足够大的基波增益。LC滤波器的自然振荡频率 ωn和阻尼比分别为式(9):

根据式(9)即可求取电流源型三相逆变器的滤波器相关参数L,C。权衡考虑,LC滤波器电容C的取值范围为:

其中:Idcmin为电流源型三相逆变器输入端直流电流最小值;Em为电流源型三相逆变器输出端电网电压的最大值(幅值);Pe为电流源型三相逆变器输入直流端的额定功率;ωhmin为电流源型三相逆变器输出交流侧最低次谐波的角频率。

一旦电容C的值取值范围确定,即能根据截止频率求出电感L值,进而设计出电流源型三相逆变器输出滤波器的其他所需参数。

2控制技术分析

2.1 电流空间矢量控制

根据电流源不能开路的特性,任意时刻三相桥拓扑中必须保持有电流通路[5],因此电流空间矢量的开关状态不同于电压空间矢量,三相逆变桥同一桥臂的上下桥臂功率器件的开关状态并不互补。电流空间矢量调制中,三相桥在任意时刻必须保持三个桥臂的上桥臂和下桥臂有且只有一个桥臂同时导通,根据这种组合规则可以得出9 种开关状态。忽略电感上电流的脉动,认为直流电感上电流为恒值Idc,同时忽略输出端低通滤波器的作用,则9 种开关模态对应的输出电流表如表1 所示。

表1 中:“0”表示开关ks关断;“1”则表示其开通;k =1,2,…,6。电流源型三相逆变器系统中,三相电流在空间上相差120°。

将9 个基本电流矢量分别在轴上进行投影,可以得到9 个基本电流矢量在 α,β 轴上的投影值如表2 所示。

由于电感的存在,电感电流不能突变,否则会在电感两端感应出一个很高的电压,导致功率器件过压损坏。因此,任何时刻都必须保持三相桥上、下臂各有一个功率器件导通。实际中使用的功率器件并不是理想器件,有开通和关断的延迟,为了保持电感电流连续,空间矢量脉冲中必须加入相应的死区。实际电路中需要加入硬件死区电路。

2.2 电流双向工作原理与分析

为了弥补传统拓扑只能实现电流单向流动的缺点,将该拓扑中串联的二极管用全控型开关管替代,可实现系统电流的双向流动,如图3 所示。此拓扑适用于逆变器并网,可以视实际情况决定功率流的流动方向。

本文对电流源型三相逆变器的控制是基于该拓扑在d-q坐标系下的数学模型。该控制系统中,只采用了电流单环控制,先对电网电压和并网电流进行采样,通过计算出此时电网电压的相位 θ,然后对并网电流进行α-β/d-q变换,算出并网电流在d轴和q轴的分量,将d轴和q轴的电流作为反馈量分别与d轴和q轴的给定量作差,得到误差量,再通过PI运算得到系统d轴和q轴的控制量。当系统的输出功率越大时,同一桥臂中上、下桥臂直通的时间应该越长,而此时算出的idout为两个非零基本电流矢量作用的矢量和,其值越大,两个非零基本矢量的作用时间越长,相反零矢量作用的时间越短,因此这里应该将控制量取反,再加上一个偏移量作为d轴最终的控制量。最后进行d-q/α-β 变换得到控制量在 α-β 坐标系下的分量,判断此时矢量所处的扇区,计算出各基本向量的作用时间,再根据脉冲产生的方法产生相应的脉冲波形,最后通过逻辑电路来产生最终的驱动脉冲。

本文采用同步旋转坐标系下的数学模型对系统进行控制,将直流侧电感电流作为系统d轴外环反馈,网侧电流作为系统内环反馈,控制器采用PI调节器[6],当系统工作在反向工作状态时,电网向直流电源充电,本文采用的是恒流充电的模式,受控对象为直流侧电感电流。在同步旋转坐标系下,d轴控制变换器的有功分量,q轴控制变换器的无功分量。在反向工作的控制系统中,d轴采用双环控制,将直流侧电感电流作为d轴的外环反馈,交流侧三相电流的d轴分量作为内环反馈。 q轴采用单环控制,通常为了使整流器工作在最大功率因数条件下,需要使系统的无功分量为零,因此q轴控制量恒取为零。

为了说明在并网状态下电流双向流动的拓扑与控制原理,本文通过Matlab软件进行仿真分析,见图4。

由图4(a)可以看出,当系统工作在正向逆变时,三相电流与三相相电压同频同相,直流侧电感电流为正值,说明当系统工作在逆变状态时直流侧输出功率为正,直流侧向外输出功率。由图4(b)可以看出当系统工作在反向整流时,三相电流与三相相电压同频反相,直流侧电感电流为负值,说明当系统工作在整流状态时直流侧输出功率为负,电网通过系统向直流侧储能系统充电。

3软开关设计与仿真分析

3.1 新型软开关拓扑及控制原理

电流源型三相逆变器软开关电路拓扑如图5 所示。 L为主电路的大电感,在逆变器正常工作时,L上的电流仅有很小的纹波变化,近似于电流源。S1~S6是主电路的开关管,每个开关管均串联一个二极管,防止电流回流。 Lr,Cr,VT1,VT2,VD1和VD2组成了软开关电路。

软开关电路的4 种模态图,如图6 所示。

(1)模态1:t0时刻之前S1和S6导通,此时是工作在A,C两相。在t0时刻,将VT1零电流导通,因为Lr的数量级很小,时间常数很小,A,C两相的负载电流快速换流到Lr和VT1的支路上,当Lr上的电流增加到与L电流相等时,负载电流降为0,为开关管的软开关切换提供了条件,iload= 0, idc= iLr。

(2)模态2:L继续给Lr充电,idc继续减小,iLr继续增大,电容Cr补充充电电流,直至Cr电压为0。因为Cr数量级也很小,所以这一过程持续时间很短。

(3)模态3:S6零电流关断、S2零电流导通,同时VT1关断、VT2零电流导通。因为A相进入了直通,直流电源通过S1和S2给Boost电感L充电储能,Cr被短路钳制,两端电压始终为0。同时,Lr的电流通过VD1和VT2快速放电,短时间内变为0,为VT2的零电流关断提供了条件。

(4)模态4:Boost升压结束后,因Cr两端电压不能突变,故S2零电压关断,VT2零电流关断。同一时刻S4零电压导通,进入A,B两相状态。 L将能量释放到负载端,并且给Cr充电,Cr两端电压等于负载端电压,高于直流侧电源。

自此一个升压周期结束,实现了所有主开关管的软开关。B相和C相升压时原理同上。

3.2 仿真试验与结果分析

参数选择:Lr和Cr的时间常数要尽量小,因为要加快其充放电过程;L = 0.5 H,Cr=1n F,Lr=0.1m H。开关频率选择10 k Hz;d分量和q分量PI调节器均设计为;逆变器三相输出接LC低通滤波电路,输入电压Uin=300 V,C= 60μF,L=50 μH,负载= R= 30Ω,截止频率近似为,增加两个辅助开关管的逻辑:

VT1:,即;

VT2:t0。

在直通之前的极小段时间内,将VT1导通,直通时,将VT1关断同时将VT2导通,VT2与直通保持同步。

图7(a)为8 个开关管驱动信号波形图。以第一扇区截图为例(最后一行波形N=1),S1恒通,S3和S5恒关断,S2,S4,S6交替导通,VT1在S2导通之前保持导通一段时间,即与S6同时导通一段时间,S2导通时将VT1关断、VT2导通,VT2与S2的开关逻辑保持一致。

图7(b)为系统稳定时d-q分量图,说明系统达到了稳态,d-q两分量均保持在给定量附近,其中可以看到q分量为零。

图7(c)为三相逆变器输出电压波形,可以看出在加入软开关电路后,并未影响其输出稳定性。

图7(d)为软开关电路的效果图,从中可以清晰地看出:Iload为0 时S2零电流导通,UCr为0 时零电压关断;UCr为0 时S4零电压导通;Iload为0 时S6零电流关断。

4 结论

围绕电流源型三相逆变器进行系统的研究,提出了一种新型的应用于电流源型三相逆变器中的软开关拓扑,明确了其控制逻辑,分析其各个模态的电压电流特征和工作的波形图。在电流空间矢量控制下进行总体仿真,仿真结果验证了拓扑及其控制方法的可行性。软开关电路的加入,基本实现了预期的功能,使主开关管能够实现软化;但是仍然存在一个问题:增加的两个辅助开关管,VT1的导通、VT2的导通和关断,可以实现软化,但是VT1不能实现软开关关断。相当于以牺牲一个辅助开关管关断损耗为代价,换取了大功率主开关管的开关状态软化。由于新型软开关拓扑中辅助开关管不能实现完全软化,后续工作还可以进一步研究,使得所有开关管都能工作在软开关状态。

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[8]韩静静.PWM逆变器供电对异步电动机铁芯损耗影响的研究[D].北京:北京交通大学,2011.

试论数字化控制开关电源技术 篇3

开关电源的数字控制主要有以下两种方法：第一种是通过高性能数字芯片如DSP对电源实现直接控制，数字芯片完成信号采样AD转换和PWM输出等工作。由于输出的数字PWM信号功率不足以驱动开关管，需通过一个驱动芯片进行开关管的驱动。第二种是单片机通过外接A／D转换芯片进行采样，采样后对得到的数据进行运算和调节，再把结果通过D／A转换后传到PWM芯片中，实现单片机对开关电源的开关电源间接控制。控制电路由于要用多个芯片，电路比较复杂；单片经过A／D和D／A转换，有比较大的时延，势必影响电源的动态性能和稳压精度。

一、基于数字信号处理的开关电源

利用高性能的DSP数字芯片对电源直接控制，简化了控制电路的设计。这些芯片有较高的采样速度和运算速度，可以快速有效地实现各種复杂的控制算法，对电源的控制有较高的动态性能和稳压精度。因此，这种方法将会在今后开关电源的数字控制技术中发挥重要作用。

二、基于单片机控制的开关电源

随着电子技术的迅猛发展和超大规模集成电路设计的进一步提高，单片机技术得到了迅速发展。利用单片机作为控制核心，设计方案容易掌握，而且单片机的要求不高，成本较低。通过外接A／D转换芯片进行采样，采样后对得到的数据进行运算和调节，再把结果通过D／A转换后传到PWM芯片中，实现单片机对开关电源的间接控制。

数字控制的开关电源不可避免地存在以下问题：AD转换器的速度和精度成反比。为了保证开关电源有较高的稳压精度，AD转换器必须有比较高精度的采样，但高精度的采样需要的AD转换时间更长。作为反馈环路的一部分，AD转换时间过长必然造成额外的相位延迟时间。除了和模拟控制存在的相位延迟以后，转换过程的延迟时间必然也会造成额外相位滞后，使回路的响应能力变差。模拟芯片用RC补偿进行PI调节的方法一样，在控制回路中用引入PI调节的方法以提高控制回路的响应能力。这种做法需要占有数字芯片较大的系统资源，因为数字控制和模拟控制不同，信号采样是离散的，两次采样之间有一段间隔时间，这段时间的值是无法得到的。要实现精确的控制，每次采样之间的时间间隔不能太长，即采样频率不能太低。作为数字芯片，每次AD转换结束后，得到的结果都会被送到系统的中央运算处理器中，然后由处理器对采样的值进行运算和调节。在采样频率比较高的时候，这种做法比较耗费系统资源，对数字芯片的要求也比较高。由于目前专门用于电源控制的数字芯片还比较少，在要求比较高的场合一般都会用DSP芯片，其运算和采样速度快，功能强大，但价格比较高。而且，DSP芯片不是专门的电源控制芯片，一般的电源应用对其芯片资源的利用率不高。

随着数字芯片和电源技术的发展，出现了为电源控制而开发出来的控制处理器。它不同于数字芯片的中央处理器，控制处理器主要由高速AD转换器，数字PID补偿器和数字PWM输出三部分组成。反馈环路的控制由它来完成，中央处理器作为管理模块应用在电源上。

控制处理器由高速A／D转换器，数字PID补偿器和数字DPWM输出组成。外部存储器记录了控制处理器的相关程序。高速A／D转换器是基于CMOS的传输延迟时间td影响输入电压VDD的原理做成的，VDD电压和传输时间是成近似的反比例关系，即VDD越大，信号传输延迟时间越小。

采用新的技术，大大降低了AD转换需要的时间，可以达到MHz级采样频率。高采样频率可以使DPWM的信号的更新速度达到几百纳秒一次，实现和模拟控制，通过不断更新PWM信号来进行稳压。DPWM时钟由处理器系统时钟通过锁相逻辑环路（PLL）进行倍频后，频率可以达到200MHz。通过这种分辨率高达5ns的DPWM控制信号，电源开关频率可以达到1MHz。数字补偿器为电源设计提供很大的灵活性，控制参数通过外部存储器的程序来设定，可以通过编程来改变控制策略，调试更方便。由于芯片是专门为电源设计开关，简化了结构，降低了成本。这种专门为电源设计开发的控制处理器将会得到广泛使用。

BOOST软开关技术综述 篇4

O

引言

近二十年来电力电子技术得到了飞速的发展，已广泛应用到电力、冶金、化工、煤炭、通讯、家电等领域。多数电力电子装置通过整流器与电力网接口，经典的整流器是一个由二极管或晶闸管组成的非线性电路，它会在电网中产生大量电流谐波和无功功率，污染电网，成为电力公害。在20世纪80年代中后期，开关电源有源功率因数校正技术引起了国内外许多学者的重视，进行了许多专题研究并取得了大量成果。

有源功率因数校正技术在整流器与滤波电容之间增加一个DC／DC开关变换器。在各种单相PFC电路拓扑结构中，Boost升压型功率因数校正电路由于具有主电路结构简单，变换效率高，控制策略易实现等优点而得到广泛应用。高频化可以减小有源功率因数校正电路的体积、重量，提高电路的功率密度。为了使电路能够在高频下高效率地运行，有源功率因数校正电路的软开关技术成为重要的研究方向。

本文对单相Boost有源功率因数校正电路软开关技术进行了分类，并对每一类型的电路的拓扑结构、工作方式及工作特点做出了分析。

1.零电压开关(ZVS)PWM功率因数校正电路

ZVS工作方式是指利用谐振现象及有关器件的箝位作用，使开关变换器中开关管的电压在开启或关断过程中维持为零。

图1电路为ZVS功率因数校正电路，也称扩展周期准谐振功率因数校正电路。在辅助开关S1开通时，电感Lr抑制二极管Dr的反向恢复。电感Lr与电容Cf发生谐振至流过开关S1的电流降至输入电流大小。开关S2导通后，电感Lr与电容Cf再次谐振至流过开关S1的电流为O，电容Cr两端电压为Vo,使开关S1、开关S2实现ZV—ZCS关断。电路的不足之处是开关的电流应力比较大。

.零电压转换(ZVT)PWM功率因数校正电路

在ZVT工作方式中，谐振网络拓扑与主电路是并联的。零转换PWM功率因数校正电路的导通损耗和开关损耗很小，能实现零开关特性而不增大开关的电流或电压应力，适用于较高电压和大功率的变换器。

图2所示电路是传统的ZVT电路。电感Lr与主开关S1寄生电容谐振使其寄生二极管导通，开关S1实现ZVS开通；同时，电感Lr抑制了二极管D1的反向恢复，二极管D2为电感Lr中的能量提供释放回路。

此电路的优点在于主开关ZVS开通，二极管D1的反向恢复得到抑制，电路结构简单；不足之处是辅助开关硬开通。

图3所示是对传统ZVT电路的改进电路，其开关时序、丰开关的电压、电流波形与图2相同。改进之处是在电感回路中串接二极管D3消除升压二极管D1寄生电容与电感Lr寄生振荡；在二极管D2两端并接电容减小了开关S2的关断损耗，可以提高电路的效率。电路的不足之处是改进后电路的辅助开关仍为硬开通。

图4所示电路主开关S1为ZVS开通，其开通过程与上面两种电路稍有不同，当谐振电感Lsn2与电容Csnl与开关S1寄生电容谐振至开关S1两端电压为零时，开关S1开通；Csnl与Csn2可改善开关S1、S2的关断过程，减小关断损耗；电感Lsn2抑制了二极管D的反向恢复．二极管Db、Dc为电感Lsn2提供能量释放回路。

电路不足之处是辅助开关S2硬开通。

图5电路对图4所示电路进行了改进。如波形图所示，主开关S1开通前，其寄生二极管已经导通，开关S1实现ZVS开通；开关S1开通后，由于耦合电感的作用，促使流过Lx的电流迅速减小至接近零，辅助开关S2实现了ZCS关断；电容Cr减小了电路的关断损耗。

电路的不足之处是辅助开关S2硬开通，电路结构与工作方式比较复杂。

图6所示电路是对传统ZVT电路的又一改进电路。在主开关S1开通前，其寄生二极管已经导通，开关S1可实现ZVS开通；开关S1开通后，由于耦合电感的作用，流过辅助开关S2的电流迅速下降至接近零，开关S2被击穿二极管Ds钳制在一个很低的电压，开关S2实现ZCS关断。

电路的不足之处是辅助开关硬开通，电路的结构与工作方式比较复杂。

图7所示电路结构与以上的ZVT结构差别比较大。主开关S1关断后，二极管D开通，电容Cc通过耦合电感N2放电．开关S2寄生二极管开通实现了ZVS开通；开关S2关断后，开关S1寄生二极管开通实现了ZVS开通。同时，耦合电感N1抑制了二极管D的反向恢复，耦合电感N2则为N1中的能量提供了释放回路。

此电路的优点是两个开关均为ZVS开通，二极管D的反向恢复得到抑制，电路结构简单。不足之处在于两个开关均为硬开关关断，辅助开关S2的电压应力较大。

图8所示电路是一种新型ZVT有源功率因数校正电路。在辅助开关S2开通前，电容Cr两端电压为负，S2开通后，电感Lr与电容Cs、Cr发生谐振使主开关S1寄生二极管导通实现了ZVS开通；当流过开关S1的电流由负变正时，电感Lr与电容Cb、Cr谐振，二极管D5导通，开关S2实现ZV—ZCS关断。

电路优点在于主开关S1实现了ZVS开通，辅助开关S2实现了ZV．ZCS关断，二极管D1的反向恢复得到抑制，以上几点都可以显著提高电路效率。电路不足之处是辅助开关硬开通，主开关电流应力比较大。

图9所示电路结构与电路的工作方式比较特殊。主开关S1关断后，其寄生电容被恒流充电至输出电压Vo，为辅助开关S2提供ZV—ZCS关断，此时二极管D。及D4导通；开关S2关断后，电感L与开关S2寄生电容发生谐振至开关S2两端电压等于Vo，二极管D3导通；当流过电感L的电流减少至零时，电感L与开关S1、S2的寄生电容谐振，谐振结束时，开关S1和S2两端电压与流过两开关的电流均为零，开关S1和S2实现了ZV-ZCS开通。

此电路的优点是开关S1、S2实现ZV-ZCS开通，开关S1实现了ZVS关断，二极管的反向恢复得到抑制，开关电压电流应力较小，电路结构简单。不足之处是电感L始终有电流流过，导致电流中环流较大，会增大通态损耗。

.零电流开关(ZCS)PWM功率因数校正电路

ZCS工作方式是指利用谐振现象及有关器件的箝位作用，使开关变换器中开关管电流在开启或关断过程中维持为零。

从图10电路及波形图可以看出，主开关S1首先开通，通过开关S1的电流逐渐增加至输入电流值，此时二极管D1、D2关断，电容Cr反向充电至Vo；辅助开关S2开通后，电容Cr与Lr2谐振，当电容Cr两端电压降至零时，二极管D1导通，电容Cr与电感Lrl、Lr2谐振至开关S1、S2反并二极管开通，两开关实现ZCS关断。

此电路的优点在于开关S1、S2均实现了ZCS关断，两个二极管的反向恢复得到抑制；不足之处是两开关硬开通，电容Cr与电感Lr2电容Cr与电感Lr1、Lr2的谐振回路要通过输出端，会增大输出端的电压波动。

图11电路是对图10电路进行了改进，改进后的电路工作方式及波形与图10电路基本一致。图11的电路将二极管两端并联的电容改为与开关S2和电感Lr2并联，这样，谐振回路就不会包含输出端，不会引起输出端电压的波动。其不足之处仍在于两开关硬开关开通。

图12电路与以上两电路的最大区别在于实现了一个开关的ZVS开通。如波形图所示，主开关S1开通，感Ls抑制了二极管D的反向恢复，电感Ls与电容Cr谐振，开关S2反并二极管开通，为开关S2提供ZVS开通；电容Cc与电感Ls继续谐振，流过电容Cc的电流反向时，开关S1反并二极管开通，实现ZCS关断。

此电路的优点是主开关S1实现了ZCS关断，辅助开关S2实现了ZVS开通，因此，此电路又称为ZV-ZCS电路。电路的不足之处在于辅助开关S2的硬关断。

4.零电流转换(ZCT)PWM功率因数校正电路

图13电路为传统的零电流转换功率因数校正电路。如图13所示，辅助开关S2开通时，电容Cr与电感Lr谐振，主开关S1反并二极管导通，实现ZCS关断；开关S1反并二极管关断后，开关S2关断，二极管D1开通，为电感Lr提供能量释放回路。

此电路的优点是实现了主开关S1的ZCS关断，电路结构简单。不足之处是，辅助开关硬开关开通关断，二极管的反向恢复没有得到抑制，主开关电流应力较大。

图14电路对传统的ZCT—PWM功率因数校正电路进行了改进。如图14波形图所示，开关S2开通时，电容Cr、电感Lr谐振，流过二极管D1的电流逐渐减小到零，其反向恢复得到抑制；谐振电流换向后，开关S2反并二极管导通，实现ZCS关断；开关S2开通后，电容Cr与电感lr谐振，开关S1反并二极管导通，实现ZCS关断。

此电路的优点是实现了开关S1、S2的ZCS关断，二极管的反向恢复得到抑制；不足之处是辅助开关在一个开关周期有两次开关过程，电路工作方式中谐振较多，都会增大电路的损耗。

.有源箝位功率因数校正电路

在Boost

PFC变换器中，为了抑制二极管的反向恢复，在主开关和Boost二极管之间串联一个谐振电感可以有效地抑制二极管的反向恢复，但是当主开关关断时，谐振电感会在开关上产生很大的电压应力，为了保证电路的安全运行，需要有一个箝位电路来箝位电压。

在图15电路中，如波形图所示，主开关Sl关断后，两端电压逐渐上升至箝位电压Vo+Vcc；辅助开关S2寄生二极管开通，电感Lr与电容Cc谐振，开关S2实现ZCS开通；开关S2关断后，二极管Db开通，电感Lr与开关S1寄生电容谐振至开关S1寄生二极管开通，开关S1一实现ZVS开通。电路增加二极管Dc是为了消除二极管Db结电容与电感Lr的谐振。

电路的优点是实现了，主开关与辅助开关的zvs开通，二极管Db的反向恢复得到抑制；不足之处是开关S1、S2都是硬关断。

复合有源箝位功率因数校正电路对有源箝位功率因数校正电路的改进主要体现在电路拓扑和控制时序两个方面：将二极管D2放在箝位电路外以消除二极管D2结电容与电感Lr的寄生振荡；如图16所示时序可以保证开关S1、S2与二极管D2在任一时刻只有两个器件导通，另一个器件被箝位在Vo+Vcco主开关S1关断后，电感Lr与开关S2寄生电容谐振使寄生二极管导通实现ZVS开通；开关S2关断后，电感Lr与开关S1、S2寄生电容谐振使开关S1寄生二极管导通实现ZVS开通。

此电路的优点在于两个开关均实现了ZVS开通，二极管的反向恢复得到抑制，电路结构简单；不足之处是开关与二极管的电压应力较大。针对这一不足，提出了最小电压复合有源箝位电路，如图17所示，该电路将电感Lr与辅助开关S2位置进行了交换，开关时序不变，这样，开关S1、S2、二极管D2任两者导通时，另一个被箝位在Voo。该电路波形与复合有源箝位功率因数校正电路相似，具有它的优点。

6.带有无损吸收电路的功率因数校正电路

6.l

无源无损吸收电路

在软开关技术中，无源无损吸收电路不增加额外的有源器件，只是采用无源元件来抑制二极管的反向恢复，并且减小了开关器件的开通和关断损耗，因此具有电路成本低，控制简单等优点。

在图18电路中，开关S断开后其两端电压逐渐被充电至Vo时，二极管Do、Dc开通，流过二极管Dr的电流逐渐增加，流过二极管Do、的电流逐渐减小至二极管Doj关断，当开关S再次开通时，二极管的反向恢复不会影响开关损耗的增大。

图18电路采用耦合电感使二极管反向恢复影响不到开关的开通，图19电路则是利用电感抑制二极管的反向恢复对开关开通过程的影响，冉利用无源器件将电感中能量释放。

此电路的不足之处在于电路结构和工作过程都比较复杂。

6.2

有源无损吸收电路

图20电路抑制二极管反向恢复采用在电路中加入电感，再将电感中的能量释放的方式。如图20所示，主开关S1首先导通，电感Ls抑制了二极管D的反向恢复，电感Ls与开关S2寄生电容发生谐振使其放电至开关寄生二极管导通，开关S2实现ZVS开通。

此电路的优点在于电路结构简单，能有效抑制二极管的反向恢复，辅助开关实现ZVS开通。

结语

综上所述，各种类型的软开关功率因数校正电路具有能够抑制二极管反向恢复，实现开关管的软开通或软关断，减少变换器的损耗，进而可以提高开关频率，减少磁性元件的体积和重量，提高变换器的功率密度。

开关电源的软开关技术 篇5

甲方（授包方：中宁县锦宁炭素有限公司）与乙方（承接方：宁夏世达电力工程有限公司）于2013年11月13日就炭素10KV二段进线开关1502故障跳闸专业测试检查处理进行协商，达成如下技术协议：

1、乙方必须持国家供电部门相关的资质证明和单位证明承接本次外委维修项目，本次故障处理产生的备件费用由甲方提供；

2、乙方必须熟知炭素10KV供电系统，了解PSL691U保护装置的功能原理及所测试的所有项目，甲方向乙方无条件提供相关技术资料和图纸密切配合乙方进行检查测试；

3、乙方在本次故障处理及测试过程中，必须保证炭素生产线的安全供电。如果因检查测试发生全厂停电事故，给甲方造成的经济损失由乙方全部承担；

4、乙方必须彻底查清本次1502开关跳闸的故障原因，3个月内故障不再重复出现时甲乙双方对外委维修结果进行验收，验收通过后可进行合同部分款项的结算，安全运行6个月后结清尾款；

5、乙方负责对甲方炭素10KV供电系统各变压器、电动机等保护装置定值进行重新整定，保证故障时动作可靠但不会误动（如因误动造成事故和损失，乙方应付全部责任），并提供盖有资质公章的定值清单作为今后上级供电部门的检查依据和校验依据。

炭素机电车间

开关电源的软开关技术 篇6

温控开关的简介

温控开关是根据工作环境的温度变化，在开关内部发生物理形变，从而产生某些特殊效应，产生导通或者断开动作的一系列自动控制元件的控制器。也叫温度保护器或温度控制器，简称温控器。或是通过温度保护器将温度传到温度控制器，温度控制器发出开关命令，从而控制设备的运行以达到理想的温度及节能效果。

以空调而言，温度控制器是对空调房间的温度进行控制的电开关设备。温度控制器所控制的空调房间内的温度范围一般在18℃～28℃。窗式空调常用的温度控制器是以压力作用原理来推动触点的通与断。其结构由波纹管、感温包（测试管）、偏心轮、微动开关等组成一个密封的感应系统和一个转送信号动力的系统。电路系统的组成部件主要有：温度控制器、热保护器、主控开关、运转电容器，风扇电动机的运转电容器等被固定在控制盒内。温度控制器的作用只是控制压缩机的启动和停止。

控制方法一般分为两种。一种是由被冷却对象的温度变化来进行控制，多采用蒸气压力式温度控制器，另一种由被冷却对象的温差变化来进行控制，多采用电子式温度控制器。温控器分为：

机械式分为：蒸气压力式温控器、液体膨胀式温控器、气体吸附式温控器、金属膨胀式温控器。

其中蒸气压力式温控器又分为：充气型、液气混合型和充液型。家用空调机械式都以这类温控器为主。

电子式分为：电阻式温控器和热电偶式温控器。

温控开关的作用

温控开关工作温度性能固定，不需调整、干脆、动作可靠、不拉虎使用寿命长、无线电干扰少。如消毒碗柜、电热开水瓶、咖啡壶、电子瓦撑、暖水袋、饮水机、电吹风、吸尘器、电取暖炉、微波炉、电熨斗、干衣机、电机等电器都离不开它。

具有性能稳定、精度高、体积孝量轻、可靠性高、寿命长、对无线电干忧小等特点的温控器作用如下：

空调机电路系统的作用是控制空调正常和多功能的运行，保护压缩机和风扇电机正常运行。电路系统的组成部件主要有：温度控制器、热保护器、主控开关、运转电容器，风扇电动机的运转电容器等被固定在控制盒内。图为单冷式空调机的电气线路图。温度控制器的作用只是控制压缩机的启动和停止。

产品应该在相对湿度小于90%，环境温度40℃以下通风、洁净、干燥、无腐蚀性气体的仓库中存放以防使用时发生意外。

温控开关的工作原理

在我们的很多常用的家用电器，或者是一些精密的高端秘密设备中，温控器，它的使用已经不再是有任何问题的存在了。可是对于这么个器件，我们知道的大概就为这个东西是用来监控温度的，但是对于如何进行的原理，和怎么样的连接，大家知道的估计就没有了，可能还从来没有注意过，这一方面的事呢。

对于我们常见的电器里面的那些温控器，它们的工作大都是一样的，都为借助着对温度敏感度的感应器，进行附近的温度状况的信息收集到，从而实现了对相应的温度的时刻情况的把握。

其具体的工作方式为：当我们的设备下的温度感应器，感应到了自己处在的温度的真实体现，就会通过特有的通道反应到专门的处理端里，分析这个额度是否为早先设定好的温度值范围之中，如果是发现有不对的情景时，就自动的根据早前的系统进入最佳的调整方案，将不利的条件给逆转回，或者是发出警示。当然，在超过调节的程度时就还能自我的进入保护模式当中，如自动跳闸等方式停下运行。

开关电源的软开关技术 篇7

高压开关设备按其绝缘可分为空气绝缘的敞开式开关设备(AIS)、气体绝缘金属封闭开关设备(GIS)和混合技术开关设备(MTS)3种类型。MTS是继AIS和GIS之后出现的特别适用于超高压和特高压的开关设备。

AIS以优化投资成本为特征;GIS以最小的空间需求为特征;MTS则以可靠性极高的单线布置为特征。

混合技术开关设备(Mixed Technologies Switchgear-MTS)是基于敞开式开关设备组合及气体绝缘金属封闭开关设备组合的组合式开关设备。MTS可分2类：一类为敞开式组合电器;另一类为H-GIS(Hybrid Gas Insulated Switchgear)即复合式GIS。敞开式组合电器是以敞开式元件组合形成的开关设备，基本型号为ZCW;复合式GIS(H-GIS)是三相空气绝缘且不带母线的单相GIS，基本型号为ZHW。国内将H-GIS称为准GIS，简化GIS等。

空气绝缘的敞开式开关设备(AIS)以此套作为设备外壳及外绝缘，优化了投资成本，但占地面积大且因设备外露部件多，易受气候环境条件的影响，不利于系统的安全及可靠运行。而GIS、H-GIS在减少占地面积方面具有明显的优势，而且GIS、H-GIS的功能元件封闭在气体绝缘壳体内，因而抵御外界环境影响能力较强。GIS是属于可靠性高、免(少)维护的开关设备，它占地面积最小，但由于配置大量的金属封闭母线，使得造价昂贵。而H-GIS的造价介于AIS和GIS之间。

GIS,H-GIS只将一相断路器、隔离/接地开关、AT等集成为一组模块，整体封闭于充有绝缘气体的容器内，而对发生事故机率极低的母线，则采用常规方式(敞开式)进行布置，也就是说，H-GIS是一种不带充气母线的相间空气绝缘的单相GIS，因而，现场结构清晰、简洁、紧凑，安装和维护方便，运行可靠性高。

AIS,H-GIS将隔离开关和接地开关封闭在充气的壳体内，避免了户外隔离开关经常出现的瓷瓶断裂、操作失灵、导电回路过热、腐蚀等4大问题。而隔离开关与接地开关合一，简化了结构，大大缩小了尺寸。这种3工位隔离开关与接地开关，不存在常规隔离开关与接地开关间各种可能的误操作，因此可省略它们之间的电气操作联锁，使运行的可靠性大大提高。

对于变电站而言，MTS的优势在于：

(1)MTS开关设备完全解决了户外隔离开关运行可靠性问题。同时由于各元件组合，也大大减少了对地绝缘套管和支柱数(仅为常规设备的30%～50%)，同时这也减少了绝缘支柱因污染造成对地闪络的概率，有助于提高运行的可靠性。

(2)由于元件组合，缩短了设备间接线距离，节省了各设备的布置尺寸。相对于传统的AIS，大大缩小了高压设备纵向布置尺寸，减少占地面积达40%～60%。

(3)由于采用在制造厂预制式整体组装调试、模块化整体运输和现场施工安装的方式，现场施工安装更为简单、方便，同时减少了变电站支架、钢材需用量。而且基础小，工程量少，混凝土用量少，也大大减少了基础工作和费用开支。

(4)由于MTS模块化，非常灵活，特别适用于老式变电站的改造。MTS正是适应欧洲50年代和60年代老变电站需要改造而兴起的。MTS减少了老变电站升级改造的施工难度和投资规模，同时提高了可造性。

2 混合技术开关设备的应用情况

目前国内3家大型企业(西开电气、平高集团和新沈高)正在积极研制1100kV GIS和H-GIS(MTS)。

电压等级越高，越能显示出H-GIS的优势。根据广东的经验，H-GIS比GIS具有明显的价格优势。如550kV一间隔设备费用约为720万美元(2002年到岸价)，而H-GIS一间隔约为183万美元(横沥站2002年DDV价)，约为GIS一间隔价格的1/4，同时GIS扩建麻烦。而H-GIS不带母线，分相布置，当一相断路器需维护或扩建时，只需断开与三相母线的连接线，因此H-GIS比GIS占有价格低和扩建维修的优势。H-GIS与AIS相比，H-GIS综合费用虽比AIS贵些，但它的技术经济指标优越，特别减少了套管数量(约为AIS的50%)、支柱绝缘子数(约为其20%)、设备支架数(为其20%)、占地面积(为其60%)、安装工作量(为其50%)，维护工作量(为其20%)等。

550kV MTS在国外都有生产和使用。日本的三菱和东芝公司都在生产MTS产品。三菱550kV MTS从1973年开始已有19座变电站在运行，至今已有194台供货记录。1979年，日本关西电力公司的500kV西播变电站投运10间隔550kV/4000A/50kA的MTS，至今运行没有发生任何问题。1987年，日本东京电力公司的500kV变电站和扩建的5号主变电站工程选用MTS以来，没有发生任何故障。2004年、2005年，国家电网公司和南方电网公司也在多个500kV变电站选用了H-GIS开关设备。我国即将开工建设的1000kV特高压输变电试验示范工程，其中有的变电站将选用1100kV H-GIS。

我国现运行的550kV H-GIS设备中已有三菱、东芝和西开电气产品。

H-GIS也称简化GIS,800kV简化GIS在我国已投入使用。

2005年9月6日，我国第一个750kV输变电工程———西北750kV输变电示范工程正式投入商业运作。该工程采用了800kV简化GIS设备，简化GIS不等于全GIS。全GIS指进出线避雷器、电压互感器等全部电器元件封闭在GIS内，GIS与主变压器、电抗器一般采用GIB(气体绝缘母线)连接，而简化GIS与主变压器、电抗器一般采用架空线连接。

800kV简化GIS采用世界上最先进的800kV双断口液压机构断路器，与GIS相比，有较显著的经济性。800kV简化GIS采用断路器一字形布置方案。一字形布置方案是指断路器首尾相接，一字排开的形式。一字形布置的特点是纵向尺寸最小、横向尺寸长、占地面积小、交叉接线、进出线方向灵活。简化GIS采取了“引进先进技术，合作生产，逐步实现本土化”的方针。

3 国网公司对110～500kV变电站通用设备的有关规定

2007年3月15日，国家电网公司发布了110～500kV变电站通用设备典型规范，并决定自2007年4月1日起推广应用。在国网公司110～550kV变电站通用设备典型设计中，明确了330kV、500kV可采用AIS、GIS和H-GIS典型方案，110kV、220kV仅采用AIS和GIS的典型方案。国网公司在推出的《国家电网公司重点应用技术目录》中明确指出：断路器采用自能灭弧室和弹簧操动机构是技术发展方向。因此设备典型规范中首次推荐110kV GIS采用弹簧操动机构，220kV、500kV GIS可采用气动、液压或弹簧操动机构。

开关电源的软开关技术 篇8

永磁开关产销量全国领先

永大集团主营业务研发、生产和销售各种规格的永磁开关产品。公司永磁开关产品规格齐全，包含8个系列、25个品种、近百个型号。报告期内（2008－2010年），永磁开关业务的毛利占公司总毛利的贡献率分别达到72.65%、76.06%和65.67%。

12kV永磁开关是公司的主打产品，报告期内该规格开关在永磁开关业务收入中的占比分别是84.25%、86.19%和84.18%。除上述产品外，公司还陆续开发了40.5kV永磁开关、31.5kV永磁开关、24kV永磁开关、永磁低压真空断路器和永磁低压交流接触器等产品，这些产品未来将成为公司新的利润增长点。

公司永磁开关市场占有率约为22%，永磁开关产销量全国排名领先。公司永磁开关产品最终用户主要为各行业的龙头企业，如首钢、宝钢、鞍钢、本钢、大唐、华电等。高端优质客户对产品品质有着很高的要求，这些企业能够选择永大集团的永磁开关产品，也从另一侧面说明了对公司行业地位及产品品质的认同。

公司成长性突出，2008－2010年实现营业收入从3.58亿元增长到4.13亿元，净利润从6428.75万元增长到8264.08万元。

技术研发能力强

产品性能、技术实力和经营策略是公司核心竞争力的集中体现。公司产品性能优势主要体现在高可靠、长寿命；功耗低、节能环保效果明显；智能化程度高，利于与智能电网配套三个方面。产品性能的优势来源于公司研发实力的优势，而这些都是基于公司长期重视技术创新、走产品差异化竞争的经营策略。

公司将技术创新作为企业发展的基石。公司拥有具有扎实的理论基础和丰富的永磁开关开发设计经验的技术人员160人；董事长吕永祥和总工程师董玉华一直从事自动控制、电力电子领域的研究开发工作，理论扎实、实践经验丰富。公司在国内率先掌握永磁操动机构技术并成功应用于高、低压永磁开关产品。目前，公司围绕永磁技术已获得了3项发明专利和16项实用新型专利的授权。

募投项目增强核心竞争力

据了解，永磁开关目前处于市场导入阶段，主要应用于中高端领域，这些用户对电力设备安全性要求很高，因而永磁开关价格较高且利润率较高。未来永磁开关前景十分光明。作为业内少数几家掌握永磁开关成熟技术的企业之一，永大集团有望抢得先机。