软开关技术利用专用的控制芯片,在电路中电压和电流变化的某个特殊时刻,开启和关断元器件,可以大幅度降低晶体管的电能损耗、提高效率,同时还能降低电磁干扰。具体的电路形式和代表产品有:有源钳位、LLC谐振半桥和移相全桥等。
有源钳位技术早已在电信等特殊领域应用,但直到控制芯片技术的不断更新,降低了新技术在PC电源上的设计难度,才让该技术得以大规模应用。尽管如此,与硬开关技术相比,有源钳位技术的电路设计还是更为复杂,同时也需要更高额定电压的开关器件,导致其成本难以降低。该技术的好处是开关耗损极低,更容易让电源实现高效能,同时适用于各种功率等级,应用范围较广。康舒此前发布的80Plus金牌电源R9系列就使用了有源钳位软开关技术。
LLC谐振半桥和有源钳位一样,也是一个利用超低开关耗损来实现超高效能的软开关技术。它的优点很明显,其电路结构比硬开关技术还要简单,不需要输出电感,能降低整体成本;同时这种电路的发热量更低,对周边元器件的规格要求也不高。
主电容和主变压器之间的红色电容是LLC谐振半桥的一大特征
但应用该技术的难点也比较突出,主要是电路的磁性设计更复杂,输出电容上的高纹波电流和可变频率也不易控制。因此,应用LLC谐振半桥技术来实现高效能和高输出品质是电源设计工程师的一大挑战。在近期上市的80Plus金牌电源,安耐美金魔族87+系列就是使用的LLC谐振半桥软开关技术。
移相全桥技术充分利用电路本身的寄生参数,通过改变全桥两臂对角线上下管驱动电压移相角的大小来调节输出电压,实现了零电压开通,大大降低了开关损耗和干扰,从而提升电源转换效率。这种技术的电路实现也比较简单,并且工作可靠,但在电路的实际设计上还有一些缺点需要克服,主要适用于大功率电源。获得80Plus银牌认证的航嘉X7 900W电源即是采用移相全桥软开关技术。
总体来说,由于软开关的技术含量高、电路设计较复杂、成本高,所以现在我们还只能在中高端80Plus电源中看到这些技术的身影。在ComputeX 2010展会上,各品牌80Plus金牌电源就不约而同地采用了软开关技术,在提高转换效率的同时保证电流较高的输出品质。而在同期展示的白牌、铜牌80Plus电源上,我们看到它们更多的是应用业已成熟、成本较低的双管正激这样的硬开关技术。