EMC之软开关技术

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  软开关电源是相对于硬开关电源而言的。人们通常所说的开关电源，指的是硬开关电源。这种电源，开关器件（开关管）是在承受电压或电流的情况下接通或断开电路的，因此在接通和关断的过程中会产生较大的损耗，即所谓开关损耗。电源的工作状态一定时，开关器件开通或关断一次的损耗也是一定的，因此开关频率越高，开关损耗也就越大。同时在开关过程中还会激起电路分布电感和寄生电容的振荡，带来附加损耗并产生电磁干扰，因而硬开关电源频率不能太高，还要采取防止电磁干扰的措施。软开关电源的开关器件在开通或关断的过程中，或是加于其上的电压为零，即零电压开关，或是通过开关器件的电流为零，即零电流开关。这种开关方式显著地减小了开关损耗的开关过程中激起的振荡，可以大幅度地提高开关频率，为开关电源小型化、高效率创造了条件。谐振变换器、准谐振变换器、多谐振变换器、零电压开关脉冲调宽变换器、零电流开关脉冲调宽变换器、零电压转换脉冲调宽变换器、零电流转换脉冲调宽变换器、移相控制零电压转换全桥直流/直流变换器、移相控制零电流转换全桥直流/直流变换器及钳位吸收技术均可实现软开关电源。谐振变换器实际上是负载谐振型变换器，按谐振元器件的谐振方式可分为串联谐振变换器和并联谐振变换器;按负载与电路的连接关系可分为串联负载谐振变换器和并联负载谐振变换器。在谐振变换器中，谐振元器件自始至终处于谐振的工作状态，参与能量变换的全过程。这类变换器对负载变化很敏感，一般采用频率调制的控制方法。准谐振变换器和多谐振变换器的特点是谐振元器件参与能量变换的某一阶段，不是全程参与。这类变换器需要采取频率调制控制方法。零电压开关脉冲调宽变换器和零电流开关脉冲调宽变换器是在准谐振变换器的基础上，增加一个辅助开关管来控制谐振元器件的谐振工作过程，实现恒定频率控制。它与准谐振变换器的不同之处在于谐振元器件的谐振时间与开关周期相比是非常短的，一般是开关周期的1/5～1/10。零电压转换脉冲调宽变换器和零电流转换脉冲调宽变换器的特点是变换器工作在脉冲调宽的方式下，电路简单，工作稳定，辅助谐振电路只是在主开关管开关时工作，实现开关管的软开关，其他时间停止工作。移相控制零电压转换全桥式直流/直流变换器和移相控制零电流转换全桥式直流/直流变换器及两者混合式的变换器是大中功率软开关电源的主要形式。这类变换器通过改变全桥对角线上下开关管驱动电压移相角的大小来调节输出电压，让超前臂开关管的控制极上的电压领先于滞后臂开关管控制极上的电压一个相位，并在控制器的控制端对同一桥臂的两个反相驱动电压设置不同的死区时间，巧妙利用变压器漏感和开关管的结电容及变压器初次级之间寄生电容来完成谐振过程，实现零电压或零电流开通或关断，错开开关器件大电流与高电压同时出现的硬开关状态，抑制感性关断电压尖峰和容性开通时管温过高，减小了开关损耗与干扰。钳位吸收电路可以抑制开关器件的浪涌电压或电流，降低开关管的d u/dt和d i/dt的影响，大幅度地减小开关损耗，使电路中的储能被利用或反馈到电网，具有“软化”开关过程的作用，所以有人称之为广义软开关变换器或钳位变换器。