原创 高效率电源为何需要软切换技术

Efficiency 博士：最近做高效率电源的时候，常听到软切换(soft switching)这个名词。请问什么是软切换？为什么高效率电源都要做软切换呢(soft switching)? - 甄歆仁

亲爱的甄歆仁：

我想这要先从功率损耗的观点来切入您的问题。既然要做高效率电源，那么降低功率损耗便是一个很重要的部份。对于半导体开关而言，功率损耗主要来自于传导损失（conduction loss）和切换损失（switching loss）。一般没有对切换方法做特殊处理的转换器，常用的返驰式转换器（Fly-back converter）或顺向式转换器（Forward converter），主开关在切换的时候，必须中断当时流过整个功率组件的电流，因此会产生很高的切换应力，乃至正比于切换频率的切换损失。这种损失在现今追求轻、薄型的高效率电源趋势下，会显得更加严重。

图一 开关切换时电压电流交越的功率损失

为了降低重量缩小体积，切换频率的提高是必然的结果，但随之而来的就是较高的切换损失所造成的散热问题。

切换损失可以分为以下三种：1. 电压电流切换时的交越损失；2.半导体开关上的寄生电容损失；3.半导体开关逆向回复时间的损失。

图二 导通时切换损失

图三 截止时切换损失

无论是以上哪种损失，均与切换当时的电压以及电流有着不小的关联。既然如此，那我们利用特殊的控制方式或是拓朴结构，降低在切换当时开关上的电压电流，就可以达到降低切换损失的目的。而这种降低切换时开关电压或电流的方法就统称软切换（Soft-switching），其中又可分为波谷切换（Valley switching），零电压切换（Zero voltage switching）以及零电流切换（Zero current switching）等。

那么，为什么高效率电源都要做软切换呢？我想答案很显而易见。对于相同的组件以及输出功率下，理论上采用软切换可以有效的降低开关组件上的损失，损失减少了，自然效率就能够提高。目前很多IC厂都有出各种控制方式的IC以达到降低切换损失的目的，以Fairchild为例，有波谷切换的FAN6300A，FAN6921MR，零电压切换则有FAN7621、FSFR-series for LLC、FSFA-series for AHB等。若你有兴趣，详细的控制方式下次我们再探讨吧。