8.3.1 采用整个电路串联谐振的DC-DC变换电路
软开关基本原理是利用LC谐振电路使电压电流发生谐振，流过SD的电流（或者施加电压）为零的瞬间使SD开通、关断，从而使得开关损耗达到最小。本节的说明方式与前节说明的高频逆变器相同，整个电路采用LC谐振电路，将SD设计成软开关。
图8.8所示为串联谐振型DC-DC变换电路的示意图。以图4.28中DC- DC变换的全桥逆变器为模型，省略了绝缘变压器。整个电路产生LC电压谐振，而输出只是谐振电压的一部分。对于这个电路软开关的说明比较复杂，以下分3个阶段进行说明。
1.串联谐振DC-DC变换电路的基本原理
首先说明图8.8所示电路的基本原理，图8.9所示为其工作波形。SDA-4向端子B1-B2输出振幅为E1的方波er。假设开关频率fs略大于LC谐振电路频率fr。只有对应于er的基波分量er′的电流ir流入谐振电路，对于其他的高次谐波电压分量，谐振电路会显示出很大的阻抗，所以几乎不产生电流。fs比fr略大，谐振电路呈感性[7]，ir为相位滞后的电流。这个电流经过SDA-7被整流，为电容C充电，输出直流电压E2。从SDA-7输入端C1-C2看到的电容电压是以E2为振幅的方波电压eC，但是，只有其基波分量e′C对电路产生影响。因为e′C与ir同相位，所以起到电阻负载的作用，其等效阻值为Requ=8R/π2，其中R是输出端的负载电阻值。
图8.8 串联谐振型DC-DC变换电路示意图
图8.9 串联谐振变换电路工作时其基波的电流分量波形
基于上述原理，可以用式（8.1）得到E2的近似值。正常情况下输出电压总是小于输入电压，所以属于降压变换电路，输出电压可以用开关角速度ωs来调节。
2.相位滞后电流模式下电流开关状况
上述的串联谐振变换电路中，根据fs和fr的大小关系，存在多种工作模式。
当fs<fr时，属于相位超前电流模式；当fs>fr时，属于相位滞后电流模式。实现软开关时必须处于相位滞后电流模式（对应于图8.9所示的情况）。通过仿真可以对其工作过程的细节进行研究，图8.10所示为fs=1.5×fr时的电压电流波形。
图8.10 串联谐振变换电路中相位滞后电流模式的工作波形(https://www.daowen.com)
分析上图中SDA-4的输出电压er在正向运行时刻（
标志）前后的状况。负的电流ir从Q3（IGBT）经过LC电路流入Q2（IGBT）。此时关断Q2和Q3，电流换路到Q1和Q4（各个二极管），电压阶跃上升，这是典型的硬开关（hard switching），所以会产生开关损耗。在此时刻之后，Q1和Q4的IGBT被开通，但实际上电流是通过二极管进行流动的。此后在波形中约1/8周期左右（○标志）的时刻，电流由负值变为正值，在零值时电流从Q1和Q4的二极管转移到IGBT，在该零电流处的电流转移时并没有伴随特别的损耗，所以称为软开关（soft switching）。而且，这是通过电流零点的自然换流，因此特别称之为零电流开关（Zero Current Switching，ZCS）。
3.基于SD及其并联电容实现零电压软开关
如上所述，SD关断时为硬关断方式。为了解决此问题，如图8.11所示，在SDA-4的各SD上并联缓冲电容器[8]。一般情况下，并联的电容电荷在SD开通时，由于SD急剧放电而容易引起SD的损坏。但是，在本例中，由于IGBT开通时向IGBT的电流转移过程一定是零电流开关[9]，所以没有此风险。
因为有电容并联，所以Q2和Q3关断时其端电压的上升必定会延迟，形成所谓的零电压关断（Zero Voltage Switching，ZVS）。只是需满足谐振电路的相位滞后工作条件，因此，这种软开关技术可以减少损耗和EMI电磁干扰。
例8.2
对于串联谐振DC-DC变换电路，请推导出用于电路计算和仿真的等效输出电阻和输出电压方程式。
图8.11 由SD及其并联电容构成SDA的软开关变换电路
解 图8.10所示的仿真波形中，谐振电流ir是具有微小畸变的正弦波形，在此假设它是振幅为Ir的正弦波。此电流经过整流电路为电容充电，电容电压为E2，通过输出电阻R的电流为E2/R，由充放电电荷量相等可得式（8.2）。算式右边表示正弦波交流电的平均电流值。
此外，从C1-C2端子观察电容C上的电压是振幅为E2（应该加上二极管的电压降，不过在此忽略）的方波。其振幅（4/π）E2的基波分量对谐振电路产生影响，电压与电流同相，其影响用等效电阻Requ表示，得到以下结果。
另外，设输入电压为E1，基于此，正弦谐振电流ir的振幅Ir可以由式（8.4）得出，在算式两边乘以Requ并带入式（8.3），即可得到前面的式（8.1）。
例8.3
如图8.8所示的串联谐振DC-DC变换电路，设L=100μH，Cr=100μF，C=10000μF，R=1Ω，E1=141V，开关频率为LC谐振频率的1.5倍，请仿真SDA-4的开关工作过程。
解LC电路的周期为628μs，以428μs的开关频率进行相位滞后电流模式的仿真，其结果如图8.10所示。另外，输出电容电压若为方波，则会给开关动作带来影响。如果按此进行严格的仿真，则其仿真过程将非常复杂，所以，在此仅对等效电阻为Requ的简单LC电路进行仿真。