電源技術基礎:有效減少開關損耗的“軟開關”技術
發布時間:2014-04-01 責任編輯:xiangpeng
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。傳統的DCOC變換器中,開關器件工作在硬開關狀態。
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)二極管反向恢複問題:
二(er)極(ji)管(guan)由(you)導(dao)通(tong)變(bian)為(wei)截(jie)止(zhi)時(shi),有(you)一(yi)個(ge)反(fan)向(xiang)恢(hui)複(fu)時(shi)間(jian),在(zai)此(ci)時(shi)間(jian)內(nei),二(er)極(ji)管(guan)仍(reng)處(chu)於(yu)導(dao)通(tong)關(guan)態(tai),若(ruo)立(li)即(ji)開(kai)通(tong)與(yu)其(qi)串(chuan)聯(lian)的(de)開(kai)關(guan)器(qi)件(jian),會(hui)產(chan)生(sheng)很(hen)大(da)的(de)衝(chong)擊(ji)電(dian)流(liu),易(yi)損(sun)壞(huai)該(gai)開(kai)關(guan)器(qi)件(jian)。
由(you)於(yu)硬(ying)開(kai)關(guan)存(cun)在(zai)以(yi)上(shang)缺(que)點(dian),限(xian)製(zhi)了(le)開(kai)關(guan)器(qi)件(jian)工(gong)作(zuo)頻(pin)率(lv)的(de)提(ti)高(gao),在(zai)軟(ruan)開(kai)關(guan)技(ji)術(shu)出(chu)來(lai)之(zhi)前(qian),功(gong)率(lv)開(kai)關(guan)器(qi)件(jian)的(de)開(kai)關(guan)損(sun)耗(hao)是(shi)很(hen)大(da)的(de)。為(wei)了(le)彌(mi)補(bu)硬(ying)開(kai)關(guan)工(gong)作(zuo)的(de)不(bu)足(zu),提(ti)出(chu)了(le)軟(ruan)開(kai)關(guan)技(ji)術(shu)。
軟開關技術的原理
所謂“軟開關”是與“硬開關”相(xiang)對(dui)應(ying)的(de)。硬(ying)開(kai)關(guan)是(shi)指(zhi)在(zai)功(gong)率(lv)開(kai)關(guan)的(de)開(kai)通(tong)和(he)關(guan)斷(duan)過(guo)程(cheng)中(zhong),電(dian)壓(ya)和(he)電(dian)流(liu)的(de)變(bian)化(hua)比(bi)較(jiao)大(da),產(chan)生(sheng)開(kai)關(guan)損(sun)耗(hao)和(he)噪(zao)聲(sheng)也(ye)較(jiao)大(da),開(kai)關(guan)損(sun)耗(hao)隨(sui)著(zhe)開(kai)關(guan)頻(pin)率(lv)的(de)提(ti)高(gao)而(er)增(zeng)加(jia),導(dao)致(zhi)電(dian)路(lu)效(xiao)率(lv)下(xia)降(jiang);開關噪聲給電路帶來嚴重的電磁幹擾,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後,電流再緩慢上升到通態值,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後,電壓再緩慢上升到通態值,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,在硬開關狀態下,功率開關管兩端的電壓、電流有明顯的交疊區,在此交疊區內產生開關損耗;而在軟開關狀態下,功率開關管兩端的電壓、電流幾乎沒有交疊區,所以也就不會產生開關損耗。
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