硬開關(guan) 是不管開關(guan) 管上的電壓或電流,強行接通或關(guan) 斷開關(guan) 管。當開關(guan) 管(漏極和源極之間,或者集電極和發射極之間)的電壓及電流較大時,切換開關(guan) 管,由於(yu) 開關(guan) 管狀態間的切換(由導通到截止,或由截止到導通)需要一定的時間,這樣就會(hui) 造成在開關(guan) 管狀態切換的某一段時間內(nei) ,電壓和電流有一個(ge) 交越區域,這個(ge) 交越造成的開關(guan) 管損耗(開關(guan) 管的切換損耗)隨開關(guan) 頻率的提高而急速增加。
開關(guan) 管的切換損耗與(yu) 開關(guan) 管的負載特性有關(guan) :
若是感性負載,在開關(guan) 晶體(ti) 管關(guan) 斷時會(hui) 感應出尖峰電壓。開關(guan) 頻率越高,關(guan) 斷越快,該感應電壓越高。此電壓加在開關(guan) 器件兩(liang) 端,容易造成器件擊穿。
若是容性負載,在開關(guan) 晶體(ti) 管導通瞬間的尖峰電流大。因此,當開關(guan) 晶體(ti) 管在很高的電壓下接通時,儲(chu) 存在開關(guan) 晶體(ti) 管結電容中的能量將以電流形式全部耗散在該器件內(nei) 。頻率越高,開通電流尖峰越大,從(cong) 而會(hui) 引起開關(guan) 管的過熱損壞。
另外,在次級高頻整流回路中的二極管,在由導通變為(wei) 截止時,有一個(ge) 反向恢複期,開關(guan) 晶體(ti) 管在此期間內(nei) 接通時,容易產(chan) 生很大的衝(chong) 擊電流。顯然頻率越高,該衝(chong) 擊電流也越大,對開關(guan) 晶體(ti) 管的安全運行造成危害。
最後,做硬開關(guan) 運用的開關(guan) 電源中,開關(guan) 晶體(ti) 管會(hui) 產(chan) 生嚴(yan) 重的電磁騷擾。隨著頻率的提高和電路中的di/dt和du/dt增大,所產(chan) 生的電磁騷擾也在增大,影響開關(guan) 電源本身和周圍電子設備的正常工作。
上述問題嚴(yan) 重阻礙了開關(guan) 器件(開關(guan) 晶體(ti) 管和高頻整流二極管)工作頻率的提高。近年來開展的軟開關(guan) 技術研究為(wei) 克服上述缺陷提供了一條有效的途徑。和硬開關(guan) 工作原理不同,理想的軟關(guan) 斷過程是電流先降小到零,電壓在緩慢上升到斷態值,所以關(guan) 斷損耗近似為(wei) 零。由於(yu) 器件關(guan) 斷前電流已經下降到零,便解決(jue) 了感性關(guan) 斷問題。理想的軟開通過程是電壓先降到零,電流在緩慢上升到通態值,所以開通損耗近似為(wei) 零,器件結電容的電壓也為(wei) 零,解決(jue) 了容性開通問題。同時,開通時,二極管反向恢複過程已經結束,因此二極管反向恢複問題不存在。
軟開關(guan) 技術還有助於(yu) 電磁騷擾水平的降低,其原因是開關(guan) 晶體(ti) 管在零電壓的情況下導通和在零電流的情況下關(guan) 斷,同時快恢複二極管也是軟關(guan) 斷的,這可以明顯減小功率器件的di/dt和du/dt,從(cong) 而可以減小電磁幹擾的電平。
一般來說軟開關(guan) 的效率較高(因為(wei) 沒有切換損);操作頻率較高,PFC或變壓器體(ti) 積可以減少,所以開關(guan) 電源的體(ti) 積可以做到更小。但成本也相對較高,設計較複雜。
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