電源適配器軟開關技術(shù)

AC／DC、DC／DC變換器作為電源適配器系統(tǒng)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(xiàn)工作頻率由低頻向高頻的轉(zhuǎn)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(chǎn)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(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，從而會引起器件過熱損壞。另外，二極管由導通變?yōu)檩d止時存在著反向恢復期，開關管在此期間內(nèi)的開通動作易產(chǎn)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(shù)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(tài)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(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，開通時二極管反向恢復過程已經(jīng)結(jié)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(shù)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(guī)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(xiàn)開關損耗為零。按照其控制方式，軟開關技術(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）方式軟開關技術(shù)在改善功率開關器件工作狀態(tài)方面效果明顯，使變換器的高頻化成為可能，各類軟開關技術(shù)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(jié)構(gòu)簡單，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(wěn)定的應用場合。PWM軟開關變換器實現(xiàn)了恒頻控制，大大方便了磁性元件的優(yōu)化設計，PWM控制方式是軟開關變換器中應用最廣泛的控制方式。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(tǒng)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(yōu)點的同時，實現(xiàn)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(xiàn)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.