055、全桥变换器的硬开关与软开关
上个月调试一台3kW全桥DC-DC，满载上电瞬间MOSFET直接炸了三个。示波器抓到的Vds波形像被狗啃过，尖峰电压冲到800V，而管子额定才650V。拆下来测驱动波形，死区时间设了200ns，按理说够了。后来发现不是死区问题，是硬开关下的寄生振荡把管子推向了二次击穿。今天聊聊全桥变换器里硬开关和软开关那些坑。
硬开关的“硬伤”在哪
全桥硬开关拓扑，四个管子轮流导通，每个开关周期都要经历电压电流重叠区。拿上管关断来说，电流还没降到零，Vds已经往上冲了。这个重叠区产生的开关损耗，在高压大电流下相当可观。我实测过48V输入、20A负载条件下，单管开关损耗能占到总损耗的15%以上。
更头疼的是寄生参数引起的振铃。变压器漏感、PCB走线电感、MOSFET结电容，这些寄生元件在硬开关瞬间形成LC谐振回路。关断时漏感储能无处释放，只能通过管子体二极管续流，同时给结电容充电。这个振荡频率通常在几十兆赫兹，幅度能超过母线电压的30%。之前那个炸管案例，就是振荡尖峰叠加母线电压，超过了管子的雪崩耐量。
硬开关还有个隐患是di/dt和dv/dt过高。全桥拓扑中，同一桥臂两个管子互补导通，如果死区时间设置不当，很容易出现直通。即使死区时间合理，体二极管反向恢复时产生的反向恢复电流，也会造成额外的开关损耗和EMI问题。我见过一个案例，死区设了300ns，但体二极管反向恢复时间要500ns，结果两个管子同时导通，瞬间电流飙升到200A。
软开关的“软”在哪
软开关技术，核心就是让开关管在电压或电流为零的时刻动作。全桥变换器最常用的软开关方
