零过电压开关

自电力电子学开始以来，由于寄生电感的影响，关闭了一条电子线路。AGEs用于避免振荡和电压超调，同时降低开关速度。其他的研究集中在低电感封装技术上，这是一个好主意，但不会最终消除寄生电感。

相反，零过电压开关“zOS”方法提供了一种解决方案，在现实世界的应用中释放无限的开关速度，而不会对半导体产生过电压。而且，在最好的情况下，它甚至可以避免任何后续的寄生振荡。其思想是利用固有的寄生电感和寄生容量来建立谐振电路。关断事件激发谐振电路，自由轮二极管在半个周期后自动停止，例如在观察纳秒之后。因此，这些谐振寄生元件被用来关闭固定电流。无损耗、无过电压和符合电磁干扰的方式，道路通过正确的电路设计和寄生，没有必要的额外元件，甚至没有放松的工业型半导体外壳，低成本的链路电容器可以建立电路，因为寄生电感现在是拓扑的一个功能部分。

零过电压开关效应的解释
这项技术的重点是晶体管关闭事件。为了简化这个问题，本文描述了Boost转换器的zOS方法，如图1所示。在经典的开关技术中，关断事件的特征是晶体管T的特定开关时间。BOT，这导致中点“MP”电压上升。换相电流iL从晶体管到二极管，会产生额外的过电压，迫使电流通过自由路径的寄生电感L。标准杆。电压超调的幅度由寄生电感、开关速度、寄生容量和关断电流决定。

图1.升压电路

在这个经典的描述中没有考虑的是自由运转二极管的寄生电容。当中点电压上升时，一个特定的电流开始流过C。标准杆，顶。更快地关闭晶体管会增加电流。当电流足够大时，电流换流是在电压上升时完成的，即使没有电压过冲。zOS波形有三个步骤：

步骤1：晶体管内部的S通道在t期内尽可能快地关闭。1在物理设备中也可能需要几ns。
步骤2：相位电流IpH值充电输出能力，从而MP正在上升。寄生顶侧电容C标准杆，顶将其阴极K的电平移到直流链路电压U上ZK。从而流过L标准杆起起落落。
第三步：振荡在t点半个周期后立即结束。3，就在L的电流标准杆在最大程度上。在理想的设置中，最大值等于ipH值而你D在这一点上是零。此外，振荡器是由自由运转的二极管停止，这简单地缩短了C。标准杆，顶.

ZOS单元设计
若要将电路转换为zOS单元，必须应用下列设计规则。图1显示了寄生体，它们现在是拓扑的一部分。低端晶体管TBOT是一个理想的开关S旁边的附加(体)二极管和C。PAR，BOT并可能代表一个快速MOSFET，例如。

寄生电容C标准杆，顶活动自由轮部件应接近或等于低端寄生C。PAR，BOT。甚至对于典型的非线性容量也是如此。默认情况下，这在半桥配置中很容易实现。
在给定的硬件和寄生电路上，相位电流ipH值在关闭点必须根据下列方程式设置：

芯片和门驱动器设计必须尽可能快和快速关闭。这可以通过用栅电阻R开关25mΩSiCMOSFET来实现。G不到1Ω。较低的速度将消除zos效应。

模拟实验
一个zos窗口是一个改变栅极电阻R的模拟实验。门。按照经典理论，增加栅极电阻可以降低电压超调。按照zOS单元设计的规则，过电压可以是减少与所有期望相反降下栅极电阻提高开关速度)通过这种方法，通过应用外部R可以将模拟损失降低到标称数据表损失的2%左右。门约1Ω的内部芯片电阻增加，而不是推荐的20Ω。采用CPW41200S020B二极管半桥并联的25mΩC2M0025120D Cree SPICE模型，模拟了84 A的最佳zOS电流。换流回路电感为20 nH，链路电压为800 V。

图3.经典ZOS开关技术中的电压超调

测量实验
声称过电压可能消失，通过提高开关速度，增加寄生电感和提高电流是一个非常困难的工作，导致不信任和摇头。这就是为什么构建了一个概念测试设置的证据。现有的设置有一个缺点，即每片4，3Ω栅极电阻，而最优为1Ω以下。为了尽可能地补偿这一问题，采用了-10V负栅电压(而不是-5V)来加快开关速度。

图4.带模块集成栅极驱动的zos测试平台，增加链路电感和薄膜电容器

电流IpH值通过改变时间来交替，从而增加不同的电流值。图5显示了大约48 A的关闭电流，在图6中，更大的电流约68 A被关闭，但是参数正在到达zOS操作点。

图5.关闭非最佳电流

图6.关闭zos优化电流

通道4(绿色)显示电感电流。通道2(浅蓝色)显示电压跨越低端晶体管.信道1(深蓝色)是脉冲发生器输入信号的触发基准。

进一步的关键方面及其应用
这些规则的关键点是无限制的切换速度，这样可以将损耗降到零。结合经典的零电压开关(ZVS)在开关期间，可以建立一个现实世界的转换器，根本没有重大的开关损耗。

大多数应用程序都需要功率调节。几种技术允许在保持最佳I的同时设置平均电流。pH值在关口处：

在多阶段设计中，关闭相位将允许N。pH值-步骤管理。
在BCM操作下，跳谷可以降低功率。
通过突发模式操作将电源控制到零。
对于小电流来说，经典的关闭仍然是可能的。

ZOS技术可以应用于每一种变流器技术中，能够在开关操作点控制电流。这对于几乎所有典型的孤立和非隔离Buck-，Boost-，正向，相移，甚至从零瓦负载点变换器到兆瓦开关单元的反激变换器和其他DC-DC变换器来说都是可能的。即使负载调节也是可能的，对于LED照明或车载充电器等恒功率应用程序来说，实现起来更加容易。