開(kāi)關(guān)電源就是選用功率半導體器件作為開(kāi)關(guān)元件，通過(guò)周期性通斷開(kāi)關(guān)，操控開(kāi)元件的占空比來(lái)調整輸出電壓。開(kāi)關(guān)電源的構成框圖如圖1所示，它由輸入電路、變換電路、輸出電路和操控電路等組成。功率變換是其中心部分，主要由開(kāi)關(guān)電路和變壓器組成。為了滿(mǎn)意高功率密度的要求，變換器需要工作在高頻狀況，開(kāi)關(guān)晶體管要選用開(kāi)關(guān)速度高、導通和關(guān)斷時(shí)間短的晶體臂，最典型的功率開(kāi)關(guān)晶體管有功率晶體管（CTR）、功率場(chǎng)效應管（(MOSFET）和絕緣型雙極型晶體管（IGBT）等3種。操控方法分為脈寬調制、脈頻調制、脈寬和頻率混合調制等3種，其中最常用的是脈寬調制（PWM）方法。
從60時(shí)代開(kāi)始得到發(fā)展和應用的 DC一DC PWM 功率變換技能是一種硬開(kāi)關(guān)技能。為了使開(kāi)關(guān)電源在高頻狀態(tài)下也能高效率地運行，國內外電力電子界和電源技能界自70時(shí)代以來(lái)，不斷研討發(fā)展高頻軟開(kāi)關(guān)。軟開(kāi)關(guān)和硬開(kāi)關(guān)波形比較如圖2所示。
從圖能夠看出，軟開(kāi)關(guān)的特點(diǎn)是功率器材在零電壓條件下導通（或關(guān)斷)，在零電流條件下關(guān)斷（或導通）。與硬開(kāi)關(guān)相比，軟開(kāi)關(guān)的功率器材在零電壓、零電流條件下工作，功率器材開(kāi)關(guān)損耗小。與此同時(shí)，du/dt和di/dt大為下降，所以它能消除相應的電磁攪擾（EMI）和射頻攪擾（RFI) ,進(jìn)步了變換器的可靠性。同時(shí)，為了減小變換器的體積和分量，有必要完成高頻化。要進(jìn)步開(kāi)關(guān)頻率，同時(shí)進(jìn)步變換器的變換功率，就有必要減小開(kāi)關(guān)損耗。減小開(kāi)關(guān)損耗的途徑就是完成開(kāi)關(guān)管的軟開(kāi)關(guān)，因此軟開(kāi)關(guān)技能軟開(kāi)關(guān)技能已經(jīng)成為是開(kāi)關(guān)變換技能的一個(gè)重要的研究方向。本文對軟開(kāi)關(guān)和硬開(kāi)關(guān)的工作特性進(jìn)行比較，并對軟開(kāi)關(guān)技能進(jìn)行了具體論述。
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)管不是抱負器材，因此在開(kāi)關(guān)管開(kāi)關(guān)工作時(shí)，要產(chǎn)生注冊損耗和關(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，變換器的功率就越低。開(kāi)關(guān)損耗的存在約束了變換器開(kāi)關(guān)頻率的進(jìn)步，從而約束了變換器的小型化和輕量化。
傳統PWM變換器中的開(kāi)關(guān)器材作業(yè)在硬開(kāi)關(guān)狀況，硬開(kāi)關(guān)作業(yè)的四大缺陷妨礙了開(kāi)關(guān)器材作業(yè)頻率的進(jìn)步,它存在如下問(wèn)題:
(a)注冊和關(guān)斷損耗大:在注冊時(shí)，開(kāi)關(guān)器材的電流上升和電壓下降一起進(jìn)行:關(guān)斷時(shí)，電壓上升和電流下降一起進(jìn)行。電壓、電流波形的交疊致使器材的注冊損耗和關(guān)斷損耗隨開(kāi)關(guān)頻率的進(jìn)步而添加。
(b）理性關(guān)斷問(wèn)題:電路中不免存在理性元件（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)器材關(guān)斷時(shí)，因為通過(guò)該理性元件的di / dt很大，和 dv / dt，從而發(fā)生大的電磁千擾（Electromagnetic Interference,EMI）,并且發(fā)生的尖峰電壓加在開(kāi)關(guān)器材兩頭，易造成電壓擊穿。
(c）容性注冊問(wèn)題:當開(kāi)關(guān)器材在很高的電壓下注冊時(shí)，儲藏在開(kāi)關(guān)器材結電容中的能量將悉數耗散在該開(kāi)關(guān)器材內，引起開(kāi)關(guān)器材過(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況，若當即注冊與其串聯(lián)的開(kāi)關(guān)器材，簡(jiǎn)單造成直流電源瞬間短路，發(fā)生很大的沖擊電流，輕則引起該開(kāi)關(guān)器材和二極管耗急劇添加，重則致其損壞。圖4給出了接理性負載時(shí)，開(kāi)關(guān)管作業(yè)在硬開(kāi)關(guān)條件下的開(kāi)關(guān)的開(kāi)關(guān)軌道，圖中虛線(xiàn)為雙極性晶體管的安全作業(yè)區(Safetyoperation area，SOA)，如果不改進(jìn)開(kāi)關(guān)管的開(kāi)關(guān)條件，其開(kāi)關(guān)軌道很可能會(huì )超出安全作業(yè)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)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。
