電源適配器軟開關技術

AC／DC、DC／DC變換器作為電源適配器系統中為設備提供直流動力的主要裝置，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。要達到上述要求，變換器必須實現工作頻率由低頻向高頻的轉變。眾所周知，在硬開關方式下，不斷提高變換器的工作頻率會引起以下問題。

①開關電源適配器損耗大。開通時，開關器件的電流上升和電壓下降同時進行；關斷時，電壓上升和電流下降同時進行。電壓、電流波形的交疊產生了開關損耗，該損耗隨開關頻率的提高而急速增加。②感性關斷電壓尖峰大。當器件關斷時，電路中的感性元件感應出尖峰電壓。開關頻率愈高，關斷愈快，該感應電壓愈高。此電壓加在開關器件兩端，易造成器件擊穿。③容性開通電流尖峰大。當開關器件在很高的電壓下開通時，儲存在開關器件結電容中的能量將以電流形式全部耗散在該器件內。頻率愈高，開通電流尖峰愈大，從而會引起器件過熱損壞。另外，二極管由導通變為載止時存在著反向恢復期，開關管在此期間內的開通動作易產生很大的沖擊電流。頻率愈高，該沖擊電流愈大，對器件的安全運行造成危害。

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

上述問題嚴重妨礙了開關器件工作頻率的提高。近年來開展的軟開關電源適配器技術研究為克服上述缺陷提供了一條有效途徑。和硬開關工作方式不同，理想的軟關斷過程是電流先降到零，電壓再緩慢上升到斷態值，所以關斷損耗近似為零。由于器件關斷前電流已下降到零，解決了感性關斷問題。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值，所以開通損耗近似為零，器件結電容上的電壓亦為零，解決了容性開通問題。同時，開通時二極管反向恢復過程已經結束，因此二極管反向恢復問題亦不存在。di／dt和du／dt的降低使得EMI問題得以解決軟開關技術實際是利用電容與電感諧振，使開關器件中電流（或電壓）按正弦或準正弦規律變化。當電流過零時，使器件關斷；當電壓過零時，使器件開通，實現開關損耗為零。按照其控制方式，軟開關技術可分為脈沖頻率調制（Pulse Frequency Modulation，縮寫為PFM）方式、脈沖寬度調制（Pulse Width Modulation，縮寫為PWM）方式和脈沖移相控制（Phase Shited，縮寫為PS）方式軟開關技術在改善功率開關器件工作狀態方面效果明顯，使變換器的高頻化成為可能，各類軟開關技術在開關電源適配器中也必將得到廣泛應用。PFM軟開關變換器電路結構簡單，但工作頻率不恒定，給變壓器、電感等磁性元件的優化設計帶來一定的困難。此類變換器適合于在負載、輸入電壓相對穩定的應用場合。PWM軟開關變換器實現了恒頻控制，大大方便了磁性元件的優化設計，PWM控制方式是軟開關變換器中應用較廣泛的控制方式。此類變換器適合于中、小功率應用場合。移相全橋軟開關變換器在不增加或增加很少元件的情況下，在具有傳統全橋變換器中開關器件電壓、電流額定值較低，功率變壓器利用率高，輸出功率大等優點的同時，實現了開關器件的軟開關，而且采用恒頻控制，電壓、電流應力小，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變換器非常適合于中、大功率應用場合。但此類變換器有一個明顯的缺點，即變壓器副邊存在占空比丟失現象，而且滯后橋臂的軟開關范圍受到負載、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范圍，仍然是移相全橋軟開關變換器需要深入研究的課題.