電源技術(shù)基礎(chǔ)：減少開關(guān)損耗的“軟開關(guān)”技術(shù)

電子技術(shù)的不斷，電子設(shè)備種類也多種多樣，自然與人們的工作生活息息相關(guān)，而任何的電子設(shè)備也都需要電源的支撐，而電子技術(shù)的不斷成熟發(fā)展，對(duì)電源設(shè)計(jì)的要求也在不斷的提升，它們都需要一個(gè)穩(wěn)定的電源提供它們正常運(yùn)行的能量，控制電源的開關(guān)技術(shù)影響電源穩(wěn)定的一大因素，下面將介紹開關(guān)技術(shù)中的硬開關(guān)技術(shù)與軟開關(guān)技術(shù)。

　　磁性元件的體積和重量在開關(guān)電源中占有很大比例，而開關(guān)電源的發(fā)展方向是體積小、重量輕和低成本，高頻化可以有效的減小磁性元件的體積和重量，即開關(guān)器件的工作頻率越高，其體積和重量越小。傳統(tǒng)的DCOC變換器中，開關(guān)器件工作在硬開關(guān)狀態(tài)。

　　硬開關(guān)的缺點(diǎn)如下：

　　(1)開通和關(guān)斷過(guò)程損耗比較大；

　　(2)感性關(guān)斷問(wèn)題：

　　當(dāng)電路中有感性器件時(shí)，開關(guān)器件關(guān)斷時(shí)，會(huì)感應(yīng)出很高的電壓尖峰，極易損壞開關(guān)器件；

　　(3)容性開通問(wèn)題：

　　當(dāng)開關(guān)器件在高壓下開通時(shí)，開關(guān)器件結(jié)電容中的能量將全部消耗在該器件上，從而易使該開關(guān)器件因?yàn)檫^(guò)熱而損壞;

　　(4)二極管反向恢復(fù)問(wèn)題：

　　二極管由導(dǎo)通變?yōu)榻刂箷r(shí)，有一個(gè)反向恢復(fù)時(shí)間，在此時(shí)間內(nèi)，二極管仍處于導(dǎo)通關(guān)態(tài)，若立即開通與其串聯(lián)的開關(guān)器件，會(huì)產(chǎn)生很大的沖擊電流，易損壞該開關(guān)器件。

　　由于硬開關(guān)存在以上缺點(diǎn)，限制了開關(guān)器件工作頻率的提高，在軟開關(guān)技術(shù)出來(lái)之前，功率開關(guān)器件的開關(guān)損耗是很大的。為了彌補(bǔ)硬開關(guān)工作的不足，提出了軟開關(guān)技術(shù)。

　　軟開關(guān)技術(shù)的原理

　　所謂“軟開關(guān)”是與“硬開關(guān)”相對(duì)應(yīng)的。硬開關(guān)是指在功率開關(guān)的開通和關(guān)斷過(guò)程中，電壓和電流的變化比較大，產(chǎn)生開關(guān)損耗和噪聲也較大，開關(guān)損耗隨著開關(guān)頻率的提高而增加，導(dǎo)致電路效率下降；開關(guān)噪聲給電路帶來(lái)嚴(yán)重的電磁干擾，影響自身及周邊電子設(shè)備的正常工作。

　　軟開關(guān)是在硬開關(guān)電路的基礎(chǔ)上，加入電感、電容等諧振器件，在開關(guān)轉(zhuǎn)換過(guò)程中引入諧振過(guò)程，開關(guān)在其兩端的電壓為零時(shí)導(dǎo)通;或使流過(guò)開關(guān)器件的電流為零時(shí)關(guān)斷，使開關(guān)條件得以改善，降低硬開關(guān)的開關(guān)損耗和開關(guān)噪聲，從而

　　提高了電路的效率。

　　圖1 理想狀態(tài)下軟開關(guān)和硬開關(guān)波形比較圖

　　軟開關(guān)包括軟開通和軟關(guān)斷兩個(gè)過(guò)程：

　　理想的軟開通過(guò)程是：開關(guān)器件兩端的電壓先下降到零后，電流再緩慢上升到通態(tài)值，所以開通時(shí)不會(huì)產(chǎn)生損耗和噪聲，軟開通的開關(guān)稱之為零電壓開關(guān)。

　　理想的軟關(guān)斷過(guò)程是：開關(guān)器件兩端的電流先下降到零后，電壓再緩慢上升到通態(tài)值，所以關(guān)斷時(shí)不會(huì)產(chǎn)生損耗和噪聲，軟關(guān)斷的開關(guān)稱之為零電流開關(guān)。

　　功率開關(guān)管的軟開關(guān)理想波形和硬開關(guān)波形如圖1所示，由圖可以看出，在硬開關(guān)狀態(tài)下，功率開關(guān)管兩端的電壓、電流有明顯的交疊區(qū)，在此交疊區(qū)內(nèi)產(chǎn)生開關(guān)損耗;而在軟開關(guān)狀態(tài)下，功率開關(guān)管兩端的電壓、電流幾乎沒(méi)有交疊區(qū)，所以也就不會(huì)產(chǎn)生開關(guān)損耗。