零電壓開關
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。
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,隨後新的軟開關技術不斷湧現,如准諧振(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應用於6kW通信電源中,效率達98%。
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,由於單片機和數字信號處理器(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應用要求。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,那麼只能期望一些微小的性能提升。
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。