软开关专利技术综述

付文英

摘 要：随着电力电子技术的发展，软开关已经广泛应用于较高电压输入和中大功率变换领域中，本文主要根据软开关的技术发展路线，通过检索，统计和分析了软开关领域的专利申请，重点梳理了重要申请人、技术分布等状况等信息，同时阐述了重点专利的技术发展脉络。

关键词：软开关；谐振变换器；专利

在电力电子中，通过在原来开关电路中增加辅助谐振元件，形成新的辅助换流回路，通过引入谐振过程，降低电压和电流的变换率，减小或消除开关损耗和EMI，而具有这样开关过程的开关称为软开关。软开关的专利申请正在逐年增加。本文主要从涉及软开关的专利申请量、国内外申请人和关键技术等方面进行分析，为以后提高审查效率奠定基础。

1 专利申请现状

作者在中英文摘要库、全文库利用关键词和分类号等多种检索手段对相关专利进行检索。其中，涉及的主要分类号有H02M1/34（缓冲电路），H02M1/36，H02M2001/342，H02M2001/344，H02M2001/346，并且在检索中发现一些关于软开关的电路是依照其所适用的相关变换器进行分类的，此时可以采用关键词对软开关进行限定，而常用的关键词包括有软开关、软切换、零电压、零电流、ZCS、ZVS、谐振、缓冲、吸收等。

软开关技术在2000年以前申请量较少，属于一种新兴的技术，可以看出，其申请量在2008年到2009年突然增加，并在2011年达到高峰，虽然在2012年有小幅回落，但总体维持在增长的状态。从申请人的分布来看，大学的申请量占主要部分。但是，随着技术的发展，作者预测软开关的公司申请量将是软开关技术以后的主要增长力量。从技术分布来看，涉及软开关的技术主要分布在隔离型直流-直流变换中，占申请量的39%，这是因为隔离型变换电路是软开关的研究热点，在以后的申请量中还将会成为主力军。

2 技术发展

软开关的提出引起了各种技术的改进，同时软开关本身也提出了各种变换电路，其关键技术主要集中在拓扑结构和与之相关的控制方法。下面分别列出各主要技术的核心专利并进行分析。

（1）隔离型的DC-DC电路

隔离型DC-DC电路是指利用变压器进行功率传输，实现输入与输出之间的隔离，早期提出涉及软开关的隔离型DC-DC电路的专利申请是美国的一家软件公司WISC提出的申请号为US19890415078A的关于带有软开关的DC-DC变换器，申请日为1989年09月29日，涉及的是一种带有软开关的DC-AC-DC电路，本申请将软开关应用到了带隔离的DC-DC电路中，并结合的MOS管的特性，利用LC谐振电路实现软开关，为软开关与DC-DC电路拓扑结构的结合奠定了基础。

2001年南京航空航天大学提出了一种零电压零电流开关混合全桥型三电平直流变换器，申请号为CN011271825，本申请充分利用高压开关管IGBT，并结合MOS管，减小滤波器体积，改善变换器的动态特性，为阮新波在软开关领域研究的早期代表。

2010年山东大学提出了申请号为2010206447849的一种光伏高频隔离升压软开关DC/DC变换器电路，本申请重在提高了变换器的带载能力，实现了全功率范围内的变换器的软开关。此时，软开关在DC/DC隔离电路中的应用已经从理论上实现了真正的实用价值。

（2）非隔离性的BUCK、BOOST的DC-DC电路

利用BUCK、BOOST电路对输入的直流电进行升降压以获得需要的直流电是DC-DC电路的重要组成部分，因此，软开关与此类电路的结合就显得尤为重要。早期涉及此类电路的是1990年3月美国的一家电子公司提出的，申请号为US19900521061，本申请在原有变换器的拓扑结构上添加上谐振元件而形成的，为非隔离的DC-DC电路提供了雏形。

2002年8月5日浙江大学提出了一种三电平无源软开关直流变换器电路，申请号为CN021364265，本申请利用BUCK或BOOST电路形成了带有软开关的三电平直流变换器，为非隔离型DC-DC电路开辟了新的路径，在该电路的环流过程，功率开关管无电压过冲，二极管导通时无电流过冲，结构简单且成本低。

2010年5月3日三垦电气株式会社提出了一种根据负载状态对软开关电路控制的DCDC转换器，申请号为JP2010108131，本申请的控制电路根据负载状态控制软开关电路的切换，并且在主开关断开时进行软开关以减小由开关的断开产生的损耗，适用于混合动力汽车和电动汽车，将软开关的技术紧密的结合到了实际应用中。

（3）整流电路和逆变电路

整流和逆变电路是开关电源中的一个重要分支，其包括的电路拓扑和控制方法很多，是研究软开关应用的不可或缺的部分，早期的涉及此类软开关是美国公司ELPO在1993年3月提出的一种带有软开关的逆变器，申请号为US1993000029138，为了减小开关损耗，本申请利用包括有两个零电流关断的开关支路并联在逆变电路两端，靠与之串联的电容、电感实现软开关，为谐振电路在逆变中的应用提供了基础条件。

接下来，2000年中兴通讯提出了一种具有改进结构的全桥移相零压零流电路，申请号为CN002497573，本申请在现有的全桥移相零压零流电路基础上构造了一个带有电容和二极管的辅助谐振电路，解决全桥移相零压零流电路中超前臂的软开关范围窄和轻载效率低的问题，扩宽了软开关在全桥电路中的应用。

相继的，2004年4月13日浙江大学提出了一种复合有源箝位三相交流-直流功率因数校正变换器，申请号为CN2004100178138，本申请的变换器结构简单，抑制了全控开关的反并联二极管的反向恢复，实现了所有开关的软开关，代表了比较成熟的具有软开关的整流电路的应用。

2013年株式会社京三制作所提出了一种带有软开关的单相逆变器，通过在单相逆变器的电源侧设置电容，在桥式电路的输出侧设置电感，无需辅助开关或电容，结构简单且损耗小，是现在软开关电路的研究重点。

3 软开关技术重要申请人的技术路线

目前，国际上如丰田、三垦电气、三星电子都相继推出了软开关的相关的成熟产品。同时，国内也逐渐开始研究软开关，在不断的提出简单易实践的电路及控制方法，如浙江大学、南京航空航天大学等，另外许多科研单位及公司也关注到了软开关的优点，正逐步将零电压零电流的优点应用到实践中，其中以华为、台达、阳光电源、中兴、英飞凌为主。

浙江大学作为本领域的重要中国申请人共申请相关专利60篇，早期的专利主要是在交流-直流-交流、逆变、直流-交流-直流或直流-直流电路中利用电感、电容、二极管、辅助开关器件实现软开关以提高电路的工作效率，如CN99203189（申请日：1999年2月4号），CN00202500（申请日：2000年1月24号），CN01132208（申请日：2001年11月13日），中期的专利主要致力于变换器中所有的开关均能实现零电压零电流开关，提高电路的功率因数，减小电路谐波，如CN200510061692（申请日：2005年11月25日），CN200620104123（申请日：2006年05月30日），CN201010295396（申请日：2010年09月27日）；近期的专利主要针对于能够适用于多种控制方法和电路的软开关，这样能够扩宽软开关的实用性，如CN201310360447（申请日：2013年08月18日），CN201410381479（申请日2014年08月05日）。

4 总结

本文对软开关的技术进行了专利技术的分析，审查员能够从该技术的发展掌握软开关的重点专利，从而能够快速获得现有技术，理解发明，有针对型的对相关专利进行检索审查，在提高检索效率的同时，注重审查质量。

参考文献

[1]王兆安.电力电子技术[M].北京：机械工业出版社，2005.

[2]李定宣.开关稳定电源设计与应用[M].北京：中国电力出版社，2010.

[3]阮新波.直流开关电源的软开关技术[M].北京：科学出版社，2000.

（作者单位：国家知识产权局专利局 专利审查协作天津中心）