[科普中国]-零电压开关

零电压开关(ZVS)/零电流开关(ZCS)技术，或称软开关技术，小功率软开关电源效率可提高到80%~85%。20世纪70年代谐振开关电源奠定了软开关技术的基础。

零电压开关(Zero Voltage Switch)PWM开关电源按硬开关模式工作(开/关过程中电压下降/上升和电流上升/下降波形有交叠)，因而开关损耗大。高频化虽可以缩小体积重量，但开关损耗却更大了。为此，必须研究开关电压/电流波形不交叠的技术，即所谓零电压开关(ZVS)/零电流开关(ZCS)技术，或称软开关技术，小功率软开关电源效率可提高到80%~85%。20世纪70年代谐振开关电源奠定了软开关技术的基础。随后新的软开关技术不断涌现，如准谐振(20世纪80年代中)全桥移相ZVS-PWM，恒频ZVS-PWM/ZCS-PWM(上世纪80年代末)ZVS-PWM有源嵌位；ZVT-PWM/ZCT-PWM(20世纪90年代初)全桥移相ZV-ZCS-PWM(20世纪90年代中)等。我国已将最新软开关技术应用于6kW通信电源中，效率达93%。

零电压开关技术应用对降压稳压器的关键要求通常是尺寸和效率。由于印制电路板面积弥足珍贵，哪个设计人员也不愿意分配额外的空间给功率设计方案。此外，由于单片机和数字信号处理器(DSP)不断推陈出新，电路板设计方案也不断升级，尽管功率有所增加，但产品尺寸却不能增大了。因此，高密度稳压器便随着最新IC集成度的提高、MOSFET技术的提升及封装工艺的改良而不断发展。纵使这样，这些稳压器还是无法满足新系统的应用要求。尤其是系统内部的功率密度正日益提高。其主要原因是开关损耗阻碍稳压器MOSFET的内部性能。如果不从根本上解决这些损耗问题，那么只能期望一些微小的性能提升。

为何需要零电压开关造成开关损耗的主要原因在于：一是，硬开关。现今，大多数非隔离降压稳压器拓扑的开关损耗都很大。原因是在导通和关断期间，MOSFET同时承受高电流和高电压应力。当开关频率与输入电压增高时，这些损耗同时增大，限制了其可以达到的最高工作频率、效率和功率密度。二是，栅极驱动损耗。由于栅极驱动电路内的米勒电荷的功耗较高，导至硬开关拓扑结构的栅极驱动损耗也较高。三是，本体二极管传导。当高电平端MOSFET导通和关闭时，高脉动电流通过低电平端MOSFET的本体二极管。本体二极管导通的时间越长，反向恢复损耗和本体二极管传导损耗便愈高。本体二极管传导也会造成破坏性的过冲和振铃。开关损耗还限制了稳压器的开关频率，开关频率越高，MOSFET开关时间就越长，损耗就越大。如果开关不能在高频率切换，将限制更小型无源组件(电阻、电容和电感)的使用，从而使稳压器密度受到影响。众多电子设计师希望在负载点使用零电压开关(ZVS)1。
针对上述问题，Picor引入了一个高性能、高度集成、软开关降压稳压器平台，可高频工作，大幅度地降低开关损耗，提高效率。

本词条内容贡献者为:

李雪梅 - 副教授 - 西南大学