零電壓開關(guān)基本介紹

PWM開關(guān)電源按硬開關(guān)模式工作(開/關(guān)過程中電壓下降/上升和電流上升/下降波形有交疊)，因而開關(guān)損耗大。高頻化雖可以縮小體積重量，但開關(guān)損耗卻更大了。為此，必須研究開關(guān)電壓/電流波形不交疊的技術(shù)，即所謂零電壓開關(guān)(ZVS)/零電流開關(guān)(ZCS)技術(shù)，或稱軟開關(guān)技術(shù)，小功率軟開關(guān)電源效率可提高到80%~85%。20世紀70年代諧振開關(guān)電源奠定了軟開關(guān)技術(shù)的基礎(chǔ)。隨后新的軟開關(guān)技術(shù)不斷涌現(xiàn)，如準諧振(20世紀80年代中)全橋移相ZVS-PWM，恒頻ZVS-PWM/ZCS-PWM(上世紀80年代末)ZVS-PWM有源嵌位；ZVT-PWM/ZCT-PWM(20世紀90年代初)全橋移相ZV-ZCS-PWM(20世紀90年代中)等。我國已將最新軟開關(guān)技術(shù)應(yīng)用于6kW通信電源中，效率達98%。

對降壓穩(wěn)壓器的關(guān)鍵要求通常是尺寸和效率。由于印制電路板面積彌足珍貴，哪個設(shè)計人員也不愿意分配額外的空間給功率設(shè)計方案。此外，由于單片機和數(shù)字信號處理器(DSP)不斷推陳出新，電路板設(shè)計方案也不斷升級，盡管功率有所增加，但產(chǎn)品尺寸卻不能增大了。因此，高密度穩(wěn)壓器便隨著最新IC集成度的提高、MOSFET技術(shù)的提升及封裝工藝的改良而不斷發(fā)展?？v使這樣，這些穩(wěn)壓器還是無法滿足新系統(tǒng)的應(yīng)用要求。尤其是系統(tǒng)內(nèi)部的功率密度正日益提高。其主要原因是開關(guān)損耗阻礙穩(wěn)壓器MOSFET的內(nèi)部性能。如果不從根本上解決這些損耗問題，那么只能期望一些微小的性能提升。

造成開關(guān)損耗的主要原因在于：一是，硬開關(guān)?，F(xiàn)今，大多數(shù)非隔離降壓穩(wěn)壓器拓撲的開關(guān)損耗都很大。原因是在導通和關(guān)斷期間，MOSFET同時承受高電流和高電壓應(yīng)力。當開關(guān)頻率與輸入電壓增高時，這些損耗同時增大，限制了其可以達到的最高工作頻率、效率和功率密度。二是，柵極驅(qū)動損耗。由于柵極驅(qū)動電路內(nèi)的米勒電荷的功耗較高，導至硬開關(guān)拓撲結(jié)構(gòu)的柵極驅(qū)動損耗也較高。三是，本體二極管傳導。當高電平端MOSFET導通和關(guān)閉時，高脈動電流通過低電平端MOSFET的本體二極管。本體二極管導通的時間越長，反向恢復(fù)損耗和本體二極管傳導損耗便愈高。本體二極管傳導也會造成破壞性的過沖和振鈴。開關(guān)損耗還限制了穩(wěn)壓器的開關(guān)頻率，開關(guān)頻率越高，MOSFET開關(guān)時間就越長，損耗就越大。如果開關(guān)不能在高頻率切換，將限制更小型無源組件(電阻、電容和電感)的使用，從而使穩(wěn)壓器密度受到影響。眾多電子設(shè)計師希望在負載點使用零電壓開關(guān)(ZVS) 。

針對上述問題，Picor引入了一個高性能、高度集成、軟開關(guān)降壓穩(wěn)壓器平臺，可高頻工作，大幅度地降低開關(guān)損耗，提高效率。

零電壓轉(zhuǎn)換，一種與零電壓開關(guān)作用相似,但性能更優(yōu)的電路。零電壓開關(guān)中,諧振電路的電感與主電路開關(guān)串聯(lián),因而它的零開關(guān)條件受電源電壓和負載電流的影響,工作不穩(wěn)定;零電壓轉(zhuǎn)換電路中,諧振電路與主電路并聯(lián),改善了零電壓開關(guān)的工作條件。