先从功率损耗的观点来切入您的问题。既然要做高效率电源,那么降低功率损耗便是一个很重要的部份。对于半导体开关而言,功率损耗主要来自于传导损失(conduction loss)和切换损失(switching loss)。一般没有对切换方法做特殊处理的转换器,常用的返驰式转换器(fly-back converter)或顺向式转换器(forward converter),主开关在切换的时候,必须中断当时流过整个功率组件的电流,因此会产生很高的切换应力,乃至正比于切换频率的切换损失。这种损失在现今追求轻、薄型的高效率电源趋势下,会显得更加严重。
图一,开关切换时电压电流交越的功率损失
为了降低重量缩小体积,切换频率的提高是必然的结果,但随之而来的就是较高的切换损失所造成的散热问题。
切换损失可以分为以下三种:1. 电压电流切换时的交越损失;2.半导体开关上的寄生电容损失;3.半导体开关逆向回复时间的损失。
图二 导通时切换损失
图三 截止时切换损失
无论是以上哪种损失,均与切换当时的电压以及电流有着不小的关联。既然如此,那我们利用特殊的控制方式或是拓朴结构,降低在切换当时开关上的电压电流,就可以达到降低切换损失的目的。而这种降低切换时开关电压或电流的方法就统称软切换(soft-switching),其中又可分为波谷切换(valley switching),零电压切换(zero voltage switching)以及零电流切换(zero current switching)等。
那么,为什么高效率电源都要做软切换呢?对于相同的组件以及输出功率下,理论上采用软切换可以有效的降低开关组件上的损失,损失减少了,自然效率就能够提高。目前很多ic厂都有出各种控制方式的ic以达到降低切换损失的目的,以fairchild为例,有波谷切换的fan6300a,fan6921mr,零电压切换则有fan7621、fsfr-series for llc、fsfa-series forahb等。
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