零电压切换及其稳压重要性综述

　　零电压切换及其稳压重要性综述

　　为了提升效率，功率密度 （W/m3） 和 DC 电源电压水平不断提升，同时硅器件的电压需要不断降低，这使得降压型 DC-DC 稳压器电路的设计变得愈加困难。 电源电压和硅器件所需电压之间的差异会在稳压器上产生一个大压降，从而增大切换损耗并最终限制该器件的切换频率。

　　例如，过程控制系统可能需要在 3.3 - 24 V 之间进行稳压——之间的差距通常必须利用两个稳压级来弥补，因此增加了板空间、成本和可靠性问题。 而且有限的切换频率是一个不利因素，会迫使工程师们在滤波电路中采用更大的磁体和其它无源元件，从而增大了解决方案尺寸并影响到功率密度。

　　零电压切换 （ZVS） 是一种能在更高电压和电压降条件下恢复至较快切换频率的解决方案。 与当代几乎所有开关式稳压器一样，这种技术采用基于脉宽调制 （PWM） 工作模式，但 PWM 定时会有一个附加独立相位来使 ZVS 工作。 ZVS 会使稳压器参与“软切换”，以避免通常在传统 PWM 工作和定时期间产生的切换损耗。

　　本文将介绍 ZVS 并详细解释其优势。

　　硬切换损耗

　　当代的大多数非隔离式降压转换器会产生大量切换损耗，这是因为在导通和关断状态转换期间，在稳压器的集成式金属氧化物半导体场效应管 （MOSFET） 开关上同时出现了高电流和高电压压力。 这些损耗会随着开关频率的提高而增大，并制约最高频率工作、效率和功率密度。

　　当 MOSFET 关断和导通时，在电流和电压重叠期间发生硬切换。 稳压器制造商尝试通过提高切换波形中的电流变化率 （di/dt ） 和电压变化率 （dv/dt） 来最大限度减少这种重叠，进而最大限度减小切换损耗。 图 1 和图 2 展示了切换损耗发生位置，以及为了最大限度降低这种损耗而设计的快速变化电压的实际切换波形。