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,對電源設(shè)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(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)。
本文引用地址:http://m.butianyuan.cn/article/201612/327323.htm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)斷過程損耗比較大;
(2)感性關(guān)斷問題:
當(dāng)電路中有感性器件時,開關(guān)器件關(guān)斷時,會感應(yīng)出很高的電壓尖峰,極易損壞開關(guān)器件;
(3)容性開通問題:
當(dāng)開關(guān)器件在高壓下開通時,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)器件因為過熱而損壞;
(4)二極管反向恢復(fù)問題:
二極管由導(dǎo)通變?yōu)榻刂箷r,有一個反向恢復(fù)時間,在此時間內(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)”相對應(yīng)的。硬開關(guān)是指在功率開關(guān)的開通和關(guān)斷過程中,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)換過程中引入諧振過程,開關(guān)在其兩端的電壓為零時導(dǎo)通;或使流過開關(guān)器件的電流為零時關(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)斷兩個過程:
理想的軟開通過程是: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,所以開通時不會產(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)斷時不會產(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、電流幾乎沒有交疊區(qū),所以也就不會產(chǎn)生開關(guān)損耗。
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