零電壓切換及其穩壓重要性綜述

　　為了提升效率，功率密度 （W/m3） 和 DC 電源電壓水平不斷提升，同時硅器件的電壓需要不斷降低，這使得降壓型 DC-DC 穩壓器電路的設計變得愈加困難。 電源電壓和硅器件所需電壓之間的差異會在穩壓器上產生一個大壓降，從而增大切換損耗并最終限制該器件的切換頻率。

　　例如，過程控制系統可能需要在 3.3 - 24 V 之間進行穩壓——之間的差距通常必須利用兩個穩壓級來彌補，因此增加了板空間、成本和可靠性問題。 而且有限的切換頻率是一個不利因素，會迫使工程師們在濾波電路中采用更大的磁體和其它無源元件，從而增大了解決方案尺寸并影響到功率密度。

　　零電壓切換 （ZVS） 是一種能在更高電壓和電壓降條件下恢復至較快切換頻率的解決方案。 與當代幾乎所有開關式穩壓器一樣，這種技術采用基于脈寬調制 （PWM） 工作模式，但 PWM 定時會有一個附加獨立相位來使 ZVS 工作。 ZVS 會使穩壓器參與“軟切換”，以避免通常在傳統 PWM 工作和定時期間產生的切換損耗。

　　本文將介紹 ZVS 并詳細解釋其優勢。

　　硬切換損耗

　　當代的大多數非隔離式降壓轉換器會產生大量切換損耗，這是因為在導通和關斷狀態轉換期間，在穩壓器的集成式金屬氧化物半導體場效應管 （MOSFET） 開關上同時出現了高電流和高電壓壓力。 這些損耗會隨著開關頻率的提高而增大，并制約最高頻率工作、效率和功率密度。

　　當 MOSFET 關斷和導通時，在電流和電壓重疊期間發生硬切換。 穩壓器制造商嘗試通過提高切換波形中的電流變化率 （di/dt ） 和電壓變化率 （dv/dt） 來最大限度減少這種重疊，進而最大限度減小切換損耗。 圖 1 和圖 2 展示了切換損耗發生位置，以及為了最大限度降低這種損耗而設計的快速變化電壓的實際切換波形。