軟開關(guān)技術(shù)在開關(guān)電源中的應(yīng)用闡述
開關(guān)電源中的硬開關(guān)和軟開關(guān)是針對開關(guān)晶體管而言的。硬開關(guān)是不管開關(guān)管上的電壓或電流，強(qiáng)行接通或關(guān)斷開關(guān)管。當(dāng)開關(guān)管（漏極和源極之間，或者集電極和發(fā)射極之間）的電壓及電流較大時，切換開關(guān)管，由于開關(guān)管狀態(tài)間的切換（由導(dǎo)通到截止，或由截止到導(dǎo)通）需要一定的時間，這樣就會造成在開關(guān)管狀態(tài)切換的某一段時間內(nèi)，電壓和電流有一個交越區(qū)域，這個交越造成的開關(guān)管損耗（開關(guān)管的切換損耗）隨開關(guān)頻率的提高而急速增加。
若是感性負(fù)載，在開關(guān)晶體管關(guān)斷時會感應(yīng)出尖峰電壓。開關(guān)頻率越高，關(guān)斷越快，該感應(yīng)電壓越高。此電壓加在開關(guān)器件兩端，容易造成器件擊穿。
若是容性負(fù)載，在開關(guān)晶體管導(dǎo)通瞬間的尖峰電流大。因此，當(dāng)開關(guān)晶體管在很高的電壓下接通時，儲存在開關(guān)晶體管結(jié)電容中的能量將以電流形式全部耗散在該器件內(nèi)。頻率越高，開通電流尖峰越大，從而會引起開關(guān)管的過熱損壞。
另外，在次級高頻整流回路中的二極管，在由導(dǎo)通變?yōu)榻刂箷r，有一個反向恢復(fù)期，開關(guān)晶體管在此期間內(nèi)接通時，容易產(chǎn)生很大的沖擊電流。顯然頻率越高，該沖擊電流也越大，對開關(guān)晶體管的安全運(yùn)行造成危害。
最后，做硬開關(guān)運(yùn)用的開關(guān)電源中，開關(guān)晶體管會產(chǎn)生嚴(yán)重的電磁騷擾。隨著頻率的提高和電路中的di/dt和du/dt增大，所產(chǎn)生的電磁騷擾也在增大，影響開關(guān)電源本身和周圍電子設(shè)備的正常工作。
上述問題嚴(yán)重阻礙了開關(guān)器件（開關(guān)晶體管和高頻整流二極管）工作頻率的提高。近年來開展的軟開關(guān)技術(shù)研究為克服上述缺陷提供了一條有效的途徑。和硬開關(guān)工作原理不同，理想的軟關(guān)斷過程是電流先降小到零，電壓在緩慢上升到斷態(tài)值，所以關(guān)斷損耗近似為零。由于器件關(guān)斷前電流已經(jīng)下降到零，便解決了感性關(guān)斷問題。理想的軟開通過程是電壓先降到零，電流在緩慢上升到通態(tài)值，所以開通損耗近似為零，器件結(jié)電容的電壓也為零，解決了容性開通問題。同時，開通時，二極管反向恢復(fù)過程已經(jīng)結(jié)束，因此二極管反向恢復(fù)問題不存在。
軟開關(guān)技術(shù)還有助于電磁騷擾水平的降低，其原因是開關(guān)晶體管在零電壓的情況下導(dǎo)通和在零電流的情況下關(guān)斷，同時快恢復(fù)二極管也是軟關(guān)斷的，這可以明顯減小功率器件的di/dt和du/dt，從而可以減小電磁干擾的電平。
一般來說軟開關(guān)的效率較高（因?yàn)闆]有切換損）；操作頻率較高，PFC或變壓器體積可以減少，所以開關(guān)電源的體積可以做到更小。但成本也相對較高，設(shè)計(jì)較復(fù)雜。
開關(guān)電源的基本工作原理
1-1.幾種基本類型的開關(guān)電源
顧名思義，開關(guān)電源就是利用電子開關(guān)器件（如晶體管、場效應(yīng)管、可控硅閘流管等），通過控制電路，使電子開關(guān)器件不停地接通和關(guān)斷，讓電子開關(guān)器件對輸入電壓進(jìn)行脈沖調(diào)制，從而實(shí)現(xiàn)DC/AC、DC/DC電壓變換，以及輸出電壓可調(diào)和自動穩(wěn)壓。
若是感性負(fù)載，在開關(guān)晶體管關(guān)斷時會感應(yīng)出尖峰電壓。開關(guān)頻率越高，關(guān)斷越快，該感應(yīng)電壓越高。此電壓加在開關(guān)器件兩端，容易造成器件擊穿。
若是容性負(fù)載，在開關(guān)晶體管導(dǎo)通瞬間的尖峰電流大。因此，當(dāng)開關(guān)晶體管在很高的電壓下接通時，儲存在開關(guān)晶體管結(jié)電容中的能量將以電流形式全部耗散在該器件內(nèi)。頻率越高，開通電流尖峰越大，從而會引起開關(guān)管的過熱損壞。
另外，在次級高頻整流回路中的二極管，在由導(dǎo)通變?yōu)榻刂箷r，有一個反向恢復(fù)期，開關(guān)晶體管在此期間內(nèi)接通時，容易產(chǎn)生很大的沖擊電流。顯然頻率越高，該沖擊電流也越大，對開關(guān)晶體管的安全運(yùn)行造成危害。
最后，做硬開關(guān)運(yùn)用的開關(guān)電源中，開關(guān)晶體管會產(chǎn)生嚴(yán)重的電磁騷擾。隨著頻率的提高和電路中的di/dt和du/dt增大，所產(chǎn)生的電磁騷擾也在增大，影響開關(guān)電源本身和周圍電子設(shè)備的正常工作。
上述問題嚴(yán)重阻礙了開關(guān)器件（開關(guān)晶體管和高頻整流二極管）工作頻率的提高。近年來開展的軟開關(guān)技術(shù)研究為克服上述缺陷提供了一條有效的途徑。和硬開關(guān)工作原理不同，理想的軟關(guān)斷過程是電流先降小到零，電壓在緩慢上升到斷態(tài)值，所以關(guān)斷損耗近似為零。由于器件關(guān)斷前電流已經(jīng)下降到零，便解決了感性關(guān)斷問題。理想的軟開通過程是電壓先降到零，電流在緩慢上升到通態(tài)值，所以開通損耗近似為零，器件結(jié)電容的電壓也為零，解決了容性開通問題。同時，開通時，二極管反向恢復(fù)過程已經(jīng)結(jié)束，因此二極管反向恢復(fù)問題不存在。
軟開關(guān)技術(shù)還有助于電磁騷擾水平的降低，其原因是開關(guān)晶體管在零電壓的情況下導(dǎo)通和在零電流的情況下關(guān)斷，同時快恢復(fù)二極管也是軟關(guān)斷的，這可以明顯減小功率器件的di/dt和du/dt，從而可以減小電磁干擾的電平。
一般來說軟開關(guān)的效率較高（因?yàn)闆]有切換損）；操作頻率較高，PFC或變壓器體積可以減少，所以開關(guān)電源的體積可以做到更小。但成本也相對較高，設(shè)計(jì)較復(fù)雜。
開關(guān)電源的基本工作原理
1-1.幾種基本類型的開關(guān)電源
顧名思義，開關(guān)電源就是利用電子開關(guān)器件（如晶體管、場效應(yīng)管、可控硅閘流管等），通過控制電路，使電子開關(guān)器件不停地接通和關(guān)斷，讓電子開關(guān)器件對輸入電壓進(jìn)行脈沖調(diào)制，從而實(shí)現(xiàn)DC/AC、DC/DC電壓變換，以及輸出電壓可調(diào)和自動穩(wěn)壓。
| 【上一個】 高壓開關(guān)國產(chǎn)化和智能化的道路上主要有以下三個方面的問題 | 【下一個】 工業(yè)化和城鎮(zhèn)化的快速發(fā)展拉動高壓開關(guān)的智能化趨勢明顯增強(qiáng) |
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