軟開關的實質是什么?所謂軟開關,就是利用電感電流不能突變這個特性,用電感來限制開關管開通過程的電流上升速率,實現零電流開通。利用電容電壓不能突變的特性,用電容來限制開關管關斷過程的電壓上升速率,實現零電壓關斷。并且利用LC諧振回路的電流與電壓存在相位差的特性,用電感電流給MOS結電容放電,從而實現零電壓開通?;蚴窃诠茏雨P斷之前,電流就已經過零,從而實現零電流關斷。
軟開關的拓撲結構非常多,每種基本的拓撲結構上都可以演變出多種的軟開關拓撲。我們在這里,僅對比較常用的,適用于APFC電路的BOOST結構的軟開關作一個簡單介紹并作仿真。
我們先看看基本的BOOST電路存在的問題,下圖是最典型的BOOST電路:
假設電感電流處于連續模式,驅動信號占空比為D。那么根據穩態時,磁芯的正向勵磁伏秒積和反向勵磁伏秒積相同這個關系,可以得到下式:
VIN×D=(VOUT-VIN)(1-D),那么可以知道:VOUT=VIN/(1-D)。
那么對于BOOST電路來說,最大的特點就是輸出電壓比輸入電壓高,這也就是這個拓撲叫做BOOST電路的原因。另外,BOOST電路也有另外一個名稱:up converter,此乃題外話,暫且按下不表。
對于傳統的BOOST電路,這個電路存在的問題在哪里呢?我們知道,電力電子的功率器件,并不是理想的器件。在基本的BOOST電路中:
1、當MOS管開通時,由于MOS管存在結電容,那么開通的時候,結電容COSS儲存的能量幾乎完全以熱的方式消耗在MOS的導通過程。其損耗功率為COSSV2fS/2,fS是開關頻率。V為結電容上的電壓,在此處V=VOUT。(注意:結電容與靜電容有些不一樣,是和MOS上承受的電壓相關的。)
2、當MOS管開通時,升壓二極管在由正向導通向反偏截止的過程中,存在一個反向恢復過程,在這個過程中,會有很大的電流尖峰流過二極管與MOS管,從而導致功率損耗。
3、當MOS關斷時,雖然有結電容作為緩沖,但因為結電容太小,關斷的過程電壓與電流有較多的重疊,也產生一定的關斷損耗。