開關組件是簡單的電子開關，通常由三個引腳組成，其中一個引腳中存在電壓或電流，電流就可以在另外兩個引腳之間流動。為了將器件設置為導通或阻滯狀態(tài)，從而結束該過程，所需的過渡時間非常短，但不是立即的。這段時間會浪費能量，稱為“開關損耗”，這是轉換電路中大部分損耗的原因。它恰好發(fā)生在電壓信號和電流信號之間的交點處。讓我們看一下不同類型的切換。

硬切換

這種類型的開關涉及通過使電壓或電流流過第三引腳來接通和斷開它，即進行連續(xù)開關，從而使有源組件（晶體管，Mosfet或其他器件）簡單地進行開關。但是，使用這種技術也會產(chǎn)生電磁干擾。對于電子組件而言，這是一個沉重的開關，因為恒定的開關會給電子功率開關帶來壓力。不幸的是，可能出于經(jīng)濟原因，當今大多數(shù)功率轉換器都使用此過程。而且，他們的平均壽命急劇下降。圖1顯示了典型的接線圖，其中IRF530 Mosfet的Gate端子受到頻率為100 kHz的10 V方波脈沖序列的影響。

圖1：在此接線圖中，Mosfet受到柵極上的一連串脈沖的影響，以交替啟用和禁用漏極和源極之間的電流傳導。

圖2顯示了電路關鍵點的波形圖。下圖顯示了代表漏極電壓的藍色曲線和代表漏極電流的紅色曲線。切換不是立即進行的，因此，在兩個信號之間的交點附近會大量消耗未使用的功率。功率消耗如上圖以綠色顯示，代表Mosfet消耗的功率。這一點顯示了開關損耗。從理論上講，可以降低開關頻率，但是信號的諧波失真會增加太多。

圖2：硬開關電路中Mosfet的電壓，電流和功率圖

剛檢查的電路效率如圖3的公式所示，等于95.910％。

圖3：硬開關電路的效率

軟交換

有很多方法可以在轉換器中實現(xiàn)軟切換。這個想法是使用LC瞬變并產(chǎn)生強制擺幅。因此，軟開關使用LC諧振電路來打開和關閉電子開關?？刂崎_關時序以最大程度地減小電壓和電流兩個波形的交點。減少功率損耗以提高效率非常重要。它還有助于減少電感，變壓器和二極管的損耗。該方法涉及切換ZVS和ZCS。實際上，電子開關會利用諧振現(xiàn)象在ZVS或ZCS條件下打開和關閉。由于晶體管在零（或接近零）的電壓或電流下導通和關斷，因此這種類型的開關可降低噪聲和開關損耗。軟開關技術需要更復雜的控制電路，因為各種波形需要精確地協(xié)調(diào)。對于該模型，除了變量Vgs，Vds和Id外，還考慮了緩沖電容器的電流及其變化率。這些類型的轉換器可以使用單個電子開關或多個開關制成。單開關轉換器在晶體管上施加更大的壓力，而半橋轉換器，尤其是全橋轉換器則適合于更高的功率。這些轉換器稱為“諧振”。如果后者僅在開關期間發(fā)生，則它們被稱為“準諧振”轉換器，如圖4的原理圖所示。采用這種技術有其優(yōu)缺點。如前所述，優(yōu)點 通過減少損耗和減少高頻噪聲來代表。另一方面，電子部件的數(shù)量增加，并且電路變得更加復雜。

F圖4：“準諧振”轉換器的通用方案

使用軟開關系統(tǒng)，可以避免晶體管開關期間波形的重疊。由于切換期間的耗散功率極小，因此電磁干擾也非常低。

圖5顯示了應用于先前電路相同臨界點的波形圖。上圖顯示了代表漏極電壓的藍色曲線和代表漏極電流的紅色曲線。這次重疊最小，并且功耗（如上圖所示）以綠色表示的更低，綠色表示Mosfet的功耗。

Mosfet受到10 V方波的影響圖5：軟開關電路中Mosfet的電壓，電流和功率的曲線圖

這種電路的效率很容易超過98％。

結論

與電源電路損耗有關的方面是一個極為廣泛的話題，現(xiàn)代技術正在引導著旨在改善這種情況的深入研究。軟開關電路使用LC諧振系統(tǒng)來打開和關閉電子開關。因此，它們更加復雜和昂貴。反應性組分的尺寸也相當復雜。漸進式開關有助于降低噪聲和開關損耗，因為晶體管在零電壓或接近零電壓或電流時會導通和關斷。該技術目前主要用于電磁爐和微波爐。就安全操作區(qū)域而言，軟切換比硬切換具有更多優(yōu)勢。某些電路甚至由微控制器管理，該微控制器可以以極高的精度調(diào)節(jié)晶體管的開關時間。

編輯：hfy