电源适配器软开关技术

AC／DC、DC／DC变换器作为电源适配器系统中为设备提供直流动力的主要装置，面临着体积更小、重量更轻、效率更高、可靠性更高等诸多要求。要达到上述要求，变换器必须实现工作频率由低频向高频的转变。众所周知，在硬开关方式下，不断提高变换器的工作频率会引起以下问题。

①开关电源适配器损耗大。开通时，开关器件的电流上升和电压下降同时进行；关断时，电压上升和电流下降同时进行。电压、电流波形的交叠产生了开关损耗，该损耗随开关频率的提高而急速增加。②感性关断电压尖峰大。当器件关断时，电路中的感性元件感应出尖峰电压。开关频率愈高，关断愈快，该感应电压愈高。此电压加在开关器件两端，易造成器件击穿。③容性开通电流尖峰大。当开关器件在很高的电压下开通时，储存在开关器件结电容中的能量将以电流形式全部耗散在该器件内。频率愈高，开通电流尖峰愈大，从而会引起器件过热损坏。另外，二极管由导通变为载止时存在着反向恢复期，开关管在此期间内的开通动作易产生很大的冲击电流。频率愈高，该冲击电流愈大，对器件的安全运行造成危害。

④电磁干扰严重。随着频率提高，电路中的di／dt和dv／dt增大，从而导致电磁干扰（EMI）增大，影响整流器和周围电子设备的工作

上述问题严重妨碍了开关器件工作频率的提高。近年来开展的软开关电源适配器技术研究为克服上述缺陷提供了一条有效途径。和硬开关工作方式不同，理想的软关断过程是电流先降到零，电压再缓慢上升到断态值，所以关断损耗近似为零。由于器件关断前电流已下降到零，解决了感性关断问题。理想的软开通过程是电压先降到零后，电流再缓慢上升到通态值，所以开通损耗近似为零，器件结电容上的电压亦为零，解决了容性开通问题。同时，开通时二极管反向恢复过程已经结束，因此二极管反向恢复问题亦不存在。di／dt和du／dt的降低使得EMI问题得以解决软开关技术实际是利用电容与电感谐振，使开关器件中电流（或电压）按正弦或准正弦规律变化。当电流过零时，使器件关断；当电压过零时，使器件开通，实现开关损耗为零。按照其控制方式，软开关技术可分为脉冲频率调制（Pulse Frequency Modulation，缩写为PFM）方式、脉冲宽度调制（Pulse Width Modulation，缩写为PWM）方式和脉冲移相控制（Phase Shited，缩写为PS）方式软开关技术在改善功率开关器件工作状态方面效果明显，使变换器的高频化成为可能，各类软开关技术在开关电源适配器中也必将得到广泛应用。PFM软开关变换器电路结构简单，但工作频率不恒定，给变压器、电感等磁性元件的优化设计带来一定的困难。此类变换器适合于在负载、输入电压相对稳定的应用场合。PWM软开关变换器实现了恒频控制，大大方便了磁性元件的优化设计，PWM控制方式是软开关变换器中应用最广泛的控制方式。此类变换器适合于中、小功率应用场合。移相全桥软开关变换器在不增加或增加很少元件的情况下，在具有传统全桥变换器中开关器件电压、电流额定值较低，功率变压器利用率高，输出功率大等优点的同时，实现了开关器件的软开关，而且采用恒频控制，电压、电流应力小，在减小体积、重量以及降低电磁干扰方面效果明显。因而移相全桥软开关变换器非常适合于中、大功率应用场合。但此类变换器有一个明显的缺点，即变压器副边存在占空比丢失现象，而且滞后桥臂的软开关范围受到负载、输入电压等多种因素的影响。如何尽量减小副边占空比的丢失、增大滞后桥臂的软开关范围，仍然是移相全桥软开关变换器需要深入研究的课题.