若是感性負(fù)載,在開關(guān)晶體管關(guān)斷時會感應(yīng)出尖峰電壓。開關(guān)頻率越高,關(guān)斷越快,該感應(yīng)電壓越高。此電壓加在開關(guān)器件兩端,容易造成器件擊穿。若是容性負(fù)載,在開關(guān)晶體管導(dǎo)通瞬間的尖峰電流大。因此,當(dāng)開關(guān)晶體管在很高的電壓下接通時,儲存在開關(guān)晶體管結(jié)電容中的能量將以電流形式全部耗散在該器件內(nèi)。頻率越高,開通電流尖峰越大,從而會引起開關(guān)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(dǎo)通變?yōu)榻刂箷r,有一個反向恢復(fù)期,開關(guān)晶體管在此期間內(nèi)接通時,容易產(chǎn)生很大的沖擊電流。顯然頻率越高,該沖擊電流也越大,對開關(guān)晶體管的安全運行造成危害。
最后,做硬開關(guān)運用的開關(guān)電源中,開關(guān)晶體管會產(chǎn)生嚴(yán)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(chǎn)生的電磁騷擾也在增大,影響開關(guān)電源本身和周圍電子設(shè)備的正常工作。
上述問題嚴(yán)重阻礙了開關(guān)器件(開關(guān)晶體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(guān)技術(shù)研究為克服上述缺陷提供了一條有效的途徑。和硬開關(guān)工作原理不同,理想的軟關(guān)斷過程是電流先降小到零,電壓在緩慢上升到斷態(tài)值,所以關(guān)斷損耗近似為零。由于器件關(guān)斷前電流已經(jīng)下降到零,便解決了感性關(guān)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(tài)值,所以開通損耗近似為零,器件結(jié)電容的電壓也為零,解決了容性開通問題。同時,開通時,二極管反向恢復(fù)過程已經(jīng)結(jié)束,因此二極管反向恢復(fù)問題不存在。
軟開關(guān)技術(shù)還有助于電磁騷擾水平的降低,其原因是開關(guān)晶體管在零電壓的情況下導(dǎo)通和在零電流的情況下關(guān)斷,同時快恢復(fù)二極管也是軟關(guān)斷的,這可以明顯減小功率器件的di/dt和du/dt,從而可以減小電磁干擾的電平。
一般來說軟開關(guān)的效率較高(因為沒有切換損);操作頻率較高,PFC或變壓器體積可以減少,所以開關(guān)電源的體積可以做到更小。但成本也相對較高,設(shè)計較復(fù)雜。
【相關(guān)閱讀】
實例分析,確定開關(guān)電源電感值的基本要點
淺談開關(guān)電源設(shè)計心得
如何簡易測試開關(guān)電源