電源適配器軟開關(guān)技術(shù)

AC／DC、DC／DC變換器作為電源適配器系統(tǒng)中為設(shè)備提供直流動(dòng)力的主要裝置，面臨著體積更小、重量更輕、效率更高、可靠性更高等諸多要求。要達(dá)到上述要求，變換器必須實(shí)現(xiàn)工作頻率由低頻向高頻的轉(zhuǎn)變。眾所周知，在硬開關(guān)方式下，不斷提高變換器的工作頻率會(huì)引起以下問題。

①開關(guān)電源適配器損耗大。開通時(shí)，開關(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、電流波形的交疊產(chǎn)生了開關(guān)損耗，該損耗隨開關(guān)頻率的提高而急速增加。②感性關(guān)斷電壓尖峰大。當(dāng)器件關(guān)斷時(shí)，電路中的感性元件感應(yīng)出尖峰電壓。開關(guān)頻率愈高，關(guān)斷愈快，該感應(yīng)電壓愈高。此電壓加在開關(guān)器件兩端，易造成器件擊穿。③容性開通電流尖峰大。當(dāng)開關(guān)器件在很高的電壓下開通時(shí)，儲(chǔ)存在開關(guān)器件結(jié)電容中的能量將以電流形式全部耗散在該器件內(nèi)。頻率愈高，開通電流尖峰愈大，從而會(huì)引起器件過熱損壞。另外，二極管由導(dǎo)通變?yōu)檩d止時(shí)存在著反向恢復(fù)期，開關(guān)管在此期間內(nèi)的開通動(dòng)作易產(chǎn)生很大的沖擊電流。頻率愈高，該沖擊電流愈大，對(duì)器件的安全運(yùn)行造成危害。

④電磁干擾嚴(yán)重。隨著頻率提高，電路中的di／dt和dv／dt增大，從而導(dǎo)致電磁干擾（EMI）增大，影響整流器和周圍電子設(shè)備的工作

上述問題嚴(yán)重妨礙了開關(guān)器件工作頻率的提高。近年來開展的軟開關(guān)電源適配器技術(shù)研究為克服上述缺陷提供了一條有效途徑。和硬開關(guān)工作方式不同，理想的軟關(guān)斷過程是電流先降到零，電壓再緩慢上升到斷態(tài)值，所以關(guān)斷損耗近似為零。由于器件關(guān)斷前電流已下降到零，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后，電流再緩慢上升到通態(tài)值，所以開通損耗近似為零，器件結(jié)電容上的電壓亦為零，解決了容性開通問題。同時(shí)，開通時(shí)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)問題亦不存在。di／dt和du／dt的降低使得EMI問題得以解決軟開關(guān)技術(shù)實(shí)際是利用電容與電感諧振，使開關(guān)器件中電流（或電壓）按正弦或準(zhǔn)正弦規(guī)律變化。當(dāng)電流過零時(shí)，使器件關(guān)斷；當(dāng)電壓過零時(shí)，使器件開通，實(shí)現(xiàn)開關(guān)損耗為零。按照其控制方式，軟開關(guān)技術(shù)可分為脈沖頻率調(diào)制（Pulse Frequency Modulation，縮寫為PFM）方式、脈沖寬度調(diào)制（Pulse Width Modulation，縮寫為PWM）方式和脈沖移相控制（Phase Shited，縮寫為PS）方式軟開關(guān)技術(shù)在改善功率開關(guān)器件工作狀態(tài)方面效果明顯，使變換器的高頻化成為可能，各類軟開關(guān)技術(shù)在開關(guān)電源適配器中也必將得到廣泛應(yīng)用。PFM軟開關(guān)變換器電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，但工作頻率不恒定，給變壓器、電感等磁性元件的優(yōu)化設(shè)計(jì)帶來一定的困難。此類變換器適合于在負(fù)載、輸入電壓相對(duì)穩(wěn)定的應(yīng)用場(chǎng)合。PWM軟開關(guān)變換器實(shí)現(xiàn)了恒頻控制，大大方便了磁性元件的優(yōu)化設(shè)計(jì)，PWM控制方式是軟開關(guān)變換器中應(yīng)用最廣泛的控制方式。此類變換器適合于中、小功率應(yīng)用場(chǎng)合。移相全橋軟開關(guān)變換器在不增加或增加很少元件的情況下，在具有傳統(tǒng)全橋變換器中開關(guān)器件電壓、電流額定值較低，功率變壓器利用率高，輸出功率大等優(yōu)點(diǎn)的同時(shí)，實(shí)現(xiàn)了開關(guān)器件的軟開關(guān)，而且采用恒頻控制，電壓、電流應(yīng)力小，在減小體積、重量以及降低電磁干擾方面效果明顯。因而移相全橋軟開關(guān)變換器非常適合于中、大功率應(yīng)用場(chǎng)合。但此類變換器有一個(gè)明顯的缺點(diǎn)，即變壓器副邊存在占空比丟失現(xiàn)象，而且滯后橋臂的軟開關(guān)范圍受到負(fù)載、輸入電壓等多種因素的影響。如何盡量減小副邊占空比的丟失、增大滯后橋臂的軟開關(guān)范圍，仍然是移相全橋軟開關(guān)變換器需要深入研究的課題.