零電壓開關

零電壓開關(ZVS)/零電流開關(ZCS)技術，或稱軟開關技術，小功率軟開關電源效率可提高到80%~85%。20世紀70年代諧振開關電源奠定了軟開關技術的基礎。

基本介紹

• 中文名：零電壓開關技術
• 外文名：ZVS（Zero Voltage Switch）
• 其他名稱：軟開關技術
• 效率：80%~85%

基本介紹

PWM開關電源按硬開關模式工作(開/關過程中電壓下降/上升和電流上升/下降波形有交疊)，因而開關損耗大。高頻化雖可以縮小體積重量，但開關損耗卻更大了。為此，必須研究開關電壓/電流波形不交疊的技術，即所謂零電壓開關(ZVS)/零電流開關(ZCS)技術，或稱軟開關技術，小功率軟開關電源效率可提高到80%~85%。20世紀70年代諧振開關電源奠定了軟開關技術的基礎。隨後新的軟開關技術不斷湧現，如準諧振(20世紀80年代中)全橋移相ZVS-PWM，恆頻ZVS-PWM/ZCS-PWM(上世紀80年代末)ZVS-PWM有源嵌位；ZVT-PWM/ZCT-PWM(20世紀90年代初)全橋移相ZV-ZCS-PWM(20世紀90年代中)等。我國已將最新軟開關技術套用於6kW通信電源中，效率達98%。

技術套用

對降壓穩壓器的關鍵要求通常是尺寸和效率。由於印製電路板面積彌足珍貴，哪個設計人員也不願意分配額外的空間給功率設計方案。此外，由於單片機和數位訊號處理器(DSP)不斷推陳出新，電路板設計方案也不斷升級，儘管功率有所增加，但產品尺寸卻不能增大了。因此，高密度穩壓器便隨著最新IC集成度的提高、MOSFET技術的提升及封裝工藝的改良而不斷發展。縱使這樣，這些穩壓器還是無法滿足新系統的套用要求。尤其是系統內部的功率密度正日益提高。其主要原因是開關損耗阻礙穩壓器MOSFET的內部性能。如果不從根本上解決這些損耗問題，那么只能期望一些微小的性能提升。

選用原因

造成開關損耗的主要原因在於：一是，硬開關。現今，大多數非隔離降壓穩壓器拓撲的開關損耗都很大。原因是在導通和關斷期間，MOSFET同時承受高電流和高電壓應力。當開關頻率與輸入電壓增高時，這些損耗同時增大，限制了其可以達到的最高工作頻率、效率和功率密度。二是，柵極驅動損耗。由於柵極驅動電路內的米勒電荷的功耗較高，導至硬開關拓撲結構的柵極驅動損耗也較高。三是，本體二極體傳導。當高電平端MOSFET導通和關閉時，高脈動電流通過低電平端MOSFET的本體二極體。本體二極體導通的時間越長，反向恢復損耗和本體二極體傳導損耗便愈高。本體二極體傳導也會造成破壞性的過沖和振鈴。開關損耗還限制了穩壓器的開關頻率，開關頻率越高，MOSFET開關時間就越長，損耗就越大。如果開關不能在高頻率切換，將限制更小型無源組件(電阻、電容和電感)的使用，從而使穩壓器密度受到影響。眾多電子設計師希望在負載點使用零電壓開關(ZVS)。
針對上述問題，Picor引入了一個高性能、高度集成、軟開關降壓穩壓器平台，可高頻工作，大幅度地降低開關損耗，提高效率。