開(kāi)關(guān)電源的波形對比
硬開(kāi)關(guān)的工作特性
圖3是開(kāi)關(guān)管開(kāi)關(guān)時(shí)的電壓和電流波形。開(kāi)關(guān)管不是理想器件，因此在開(kāi)關(guān)管開(kāi)關(guān)工作時(shí)，要產(chǎn)生開(kāi)通損耗和關(guān)斷損耗，統稱(chēng)為開(kāi)關(guān)損耗(SwitchingLoss)。開(kāi)關(guān)頻率越高，總的開(kāi)關(guān)損耗越大，變換器的效率就越低。開(kāi)關(guān)電源損耗的存在限制了變換器開(kāi)關(guān)頻率的提高，從而限制了變換器的小型化和輕量化。
傳統PWM變換器中的開(kāi)關(guān)器件工作在硬開(kāi)關(guān)狀態(tài)，硬開(kāi)關(guān)工作的四大缺陷妨礙了開(kāi)關(guān)器件工作頻率的提高,它存在如下問(wèn)題:
(a)開(kāi)通和關(guān)斷損耗大:在開(kāi)通時(shí)，開(kāi)關(guān)器件的電流上升和電壓下降同時(shí)進(jìn)行:關(guān)斷時(shí)，電壓上升和電流下降同時(shí)進(jìn)行。電壓、電流波形的交疊致使器件的開(kāi)通損耗和關(guān)斷損耗隨開(kāi)關(guān)頻率的提高而增加。
(b）感性關(guān)斷問(wèn)題:電路中難免存在感性元件（引線(xiàn)電感、變壓器漏感等寄生電感或實(shí)體電感)、當開(kāi)關(guān)器件關(guān)斷時(shí)，由于通過(guò)該感性元件的di / dt很大，和 dv / dt，從而產(chǎn)生大的電磁千擾（Electromagnetic Interference,EMI）,而且產(chǎn)生的尖峰電壓加在開(kāi)關(guān)器件兩端，易造成電壓擊穿。
(c）容性開(kāi)通問(wèn)題:當開(kāi)關(guān)器件在很高的電壓下開(kāi)通時(shí)，儲藏在開(kāi)關(guān)器件結電容中的能量將全部耗散在該開(kāi)關(guān)器件內，引起開(kāi)關(guān)器件過(guò)熱損壞。
(d）二極管反向恢復問(wèn)題:二極管由導通變?yōu)榻刂箷r(shí)存在著(zhù)反向恢復期，在此期間內，二極管仍處于導通狀態(tài)，若立即開(kāi)通與其串聯(lián)的開(kāi)關(guān)器件，容易造成直流電源瞬間短路，產(chǎn)生很大的沖擊電流，輕則引起該開(kāi)關(guān)器件和二極管耗急劇增加，重則致其損壞。圖4給出了接感性負載時(shí)，開(kāi)關(guān)電源工作在硬開(kāi)關(guān)條件下的開(kāi)關(guān)的開(kāi)關(guān)軌跡，圖中虛線(xiàn)為雙極性晶體管的安全工作區(Safetyoperation area，SOA)，如果不改善開(kāi)關(guān)管的開(kāi)關(guān)條件，其開(kāi)關(guān)軌跡很可能會(huì )超出安全工作區，導致開(kāi)關(guān)管的損壞。
軟開(kāi)關(guān)技術(shù)的特性和實(shí)現策略
從前面的分析可以知道，開(kāi)關(guān)電源損耗包括開(kāi)通損耗和關(guān)斷損耗。利用軟開(kāi)關(guān)技術(shù)可以減小變換器的開(kāi)通損耗和關(guān)斷。軟開(kāi)關(guān)的開(kāi)通和關(guān)斷波形如圖5所示。
