電源技術基礎：減少開關損耗的“軟開關”技術

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

　　磁性元件的體積和重量在開關電源中占有很大比例，而開關電源的發(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，開關器件工作在硬開關狀態(tài)。

　　硬開關的缺點如下：

　　(1)開通和關斷過程損耗比較大；

　　(2)感性關斷問題：

　　當電路中有感性器件時，開關器件關斷時，會感應出很高的電壓尖峰，極易損壞開關器件；

　　(3)容性開通問題：

　　當開關器件在高壓下開通時，開關器件結電容中的能量將全部消耗在該器件上，從而易使該開關器件因為過熱而損壞;

　　(4)二極管反向恢復問題：

　　二極管由導通變?yōu)榻刂箷r，有一個反向恢復時間，在此時間內，二極管仍處于導通關態(tài)，若立即開通與其串聯(lián)的開關器件，會產生很大的沖擊電流，易損壞該開關器件。

　　由于硬開關存在以上缺點，限制了開關器件工作頻率的提高，在軟開關技術出來之前，功率開關器件的開關損耗是很大的。為了彌補硬開關工作的不足，提出了軟開關技術。

　　軟開關技術的原理

　　所謂“軟開關”是與“硬開關”相對應的。硬開關是指在功率開關的開通和關斷過程中，電壓和電流的變化比較大，產生開關損耗和噪聲也較大，開關損耗隨著開關頻率的提高而增加，導致電路效率下降；開關噪聲給電路帶來嚴重的電磁干擾，影響自身及周邊電子設備的正常工作。

　　軟開關是在硬開關電路的基礎上，加入電感、電容等諧振器件，在開關轉換過程中引入諧振過程，開關在其兩端的電壓為零時導通;或使流過開關器件的電流為零時關斷，使開關條件得以改善，降低硬開關的開關損耗和開關噪聲，從而

　　提高了電路的效率。

　　圖1 理想狀態(tài)下軟開關和硬開關波形比較圖

　　軟開關包括軟開通和軟關斷兩個過程：

　　理想的軟開通過程是：開關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，所以開通時不會產生損耗和噪聲，軟開通的開關稱之為零電壓開關。

　　理想的軟關斷過程是：開關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，所以關斷時不會產生損耗和噪聲，軟關斷的開關稱之為零電流開關。

　　功率開關管的軟開關理想波形和硬開關波形如圖1所示，由圖可以看出，在硬開關狀態(tài)下，功率開關管兩端的電壓、電流有明顯的交疊區(qū)，在此交疊區(qū)內產生開關損耗;而在軟開關狀態(tài)下，功率開關管兩端的電壓、電流幾乎沒有交疊區(qū)，所以也就不會產生開關損耗。