แอปพลิเคชันซอฟต์สวิตชิ่งในอุปกรณ์จ่ายไฟแบบสวิตชิ่ง
ปัจจุบันแหล่งจ่ายไฟแบบสวิตชิ่งถูกนำมาใช้กันอย่างแพร่หลายในอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์เกือบทั้งหมดโดยมีลักษณะขนาดเล็ก น้ำหนักเบา และมีประสิทธิภาพสูง ซึ่งเป็นวิธีการจ่ายไฟที่ขาดไม่ได้สำหรับการพัฒนาอย่างรวดเร็วของอุตสาหกรรมข้อมูลอิเล็กทรอนิกส์ในปัจจุบัน เป็นแหล่งจ่ายไฟที่ขาดไม่ได้สำหรับการพัฒนาอย่างรวดเร็วของอุตสาหกรรมข้อมูลอิเล็กทรอนิกส์ในปัจจุบัน
ฮาร์ดสวิตชิ่งและซอฟต์สวิตชิ่งในอุปกรณ์จ่ายไฟแบบสวิตชิ่งใช้สำหรับเปลี่ยนทรานซิสเตอร์ ฮาร์ดสวิตชิ่งคือการเปิดหรือปิดทรานซิสเตอร์สวิตชิ่งโดยการบังคับโดยไม่คำนึงถึงแรงดันหรือกระแสบนทรานซิสเตอร์สวิตชิ่ง เมื่อแรงดันไฟฟ้าและกระแสของท่อสวิตชิ่ง (ระหว่างท่อระบายน้ำและแหล่งกำเนิด หรือระหว่างตัวสะสมและตัวปล่อย) มีขนาดใหญ่ การสลับท่อสวิตชิ่ง เนื่องจากการสลับระหว่างการเปลี่ยนสถานะของท่อสวิตชิ่ง (จากการนำไฟฟ้าไปเป็นการตัดหรือจากการตัดเป็นการนำ) ใช้เวลา ระยะเวลาหนึ่งซึ่งจะทำให้เกิดการสลับสถานะหลอดสวิตชิ่งในช่วงระยะเวลาหนึ่ง แรงดันและกระแสมีการข้ามบริเวณ การครอสโอเวอร์ที่เกิดจากการสูญเสียหลอดสวิตชิ่ง (การสูญเสียการสวิตชิ่งหลอดสวิตชิ่ง) ด้วยการสวิตชิ่ง ความถี่, การสูญเสียการเปลี่ยนหลอดสวิตชิ่ง การสูญเสียการสวิตชิ่ง (การสูญเสียการสวิตชิ่งของท่อสวิตชิ่ง) จะเพิ่มขึ้นอย่างรวดเร็วเมื่อความถี่ในการสวิตชิ่งเพิ่มขึ้น
ในกรณีของโหลดแบบเหนี่ยวนำ แรงดันไฟกระชากจะเกิดขึ้นเมื่อปิดสวิตช์ทรานซิสเตอร์ ยิ่งความถี่ในการสวิตชิ่งสูงเท่าไร การปิดเครื่องก็จะเร็วขึ้น และแรงดันไฟฟ้าเหนี่ยวนำก็จะยิ่งสูงขึ้นตามไปด้วย แรงดันไฟฟ้านี้ถูกเพิ่มไปที่ปลายทั้งสองด้านของอุปกรณ์สวิตชิ่ง ซึ่งอาจทำให้อุปกรณ์พังได้ง่าย
ในกรณีของโหลดแบบ capacitive กระแสไฟกระชาก ณ เวลาที่เปลี่ยนการนำทรานซิสเตอร์จะสูง ดังนั้นเมื่อเปิดทรานซิสเตอร์สวิตชิ่งที่แรงดันไฟฟ้าสูงมาก พลังงานทั้งหมดที่เก็บไว้ในความจุทางแยกของทรานซิสเตอร์สวิตชิ่งจะกระจายไปในอุปกรณ์ในรูปของกระแส ยิ่งความถี่สูง กระแสไฟที่เปิดก็ยิ่งมากขึ้น ซึ่งอาจทำให้ท่อสวิตชิ่งเสียหายจากความร้อนสูงเกินไป
นอกจากนี้ ไดโอดในวงจรเรียงกระแสความถี่สูงทุติยภูมิ ตั้งแต่การนำจนถึงการตัด มีระยะเวลาการกู้คืนแบบย้อนกลับ การสลับทรานซิสเตอร์ในช่วงเวลานั้น ง่ายต่อการสร้างกระแสไหลเข้าขนาดใหญ่ เห็นได้ชัดว่ายิ่งความถี่สูงเท่าไร กระแสพุ่งเข้าก็จะมากขึ้นเท่านั้น ซึ่งเป็นอันตรายต่อการทำงานที่ปลอดภัยของทรานซิสเตอร์สวิตชิ่ง
ในที่สุด ในแหล่งจ่ายไฟแบบสวิตชิ่งที่ใช้สำหรับการสวิตชิ่งอย่างหนัก ทรานซิสเตอร์สวิตชิ่งสร้างความรำคาญทางแม่เหล็กไฟฟ้าอย่างรุนแรง เมื่อความถี่เพิ่มขึ้น และ di/dt และ du/dt ในวงจรเพิ่มขึ้น ความรำคาญทางแม่เหล็กไฟฟ้าก็จะเพิ่มขึ้นเช่นกัน เมื่อความถี่เพิ่มขึ้น และ di/dt และ du/dt ในวงจรเพิ่มขึ้น EMI ที่สร้างขึ้นก็จะเพิ่มขึ้นเช่นกัน ซึ่งส่งผลต่อการทำงานปกติของตัวจ่ายไฟแบบสวิตชิ่งและอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์โดยรอบ
ปัญหาข้างต้นขัดขวางการปรับปรุงความถี่การทำงานของอุปกรณ์สวิตชิ่งอย่างจริงจัง (การสวิตชิ่งทรานซิสเตอร์และไดโอดเรียงกระแสความถี่สูง) ในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมา การวิจัยเทคโนโลยีซอฟต์สวิตชิ่งได้มอบวิธีที่มีประสิทธิภาพในการเอาชนะข้อบกพร่องข้างต้น การวิจัยเทคโนโลยีซอฟต์สวิตชิ่งที่ดำเนินการในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมาถือเป็นวิธีที่มีประสิทธิภาพในการเอาชนะข้อบกพร่องข้างต้น ต่างจากหลักการฮาร์ดสวิตชิ่ง กระบวนการปิดเครื่องอย่างนุ่มนวลในอุดมคติคือให้กระแสลดลงไปที่ศูนย์ก่อน และแรงดันไฟฟ้าเพิ่มขึ้นอย่างช้าๆ จนถึงค่านอกสถานะ เพื่อลดการสูญเสียจากการปิดเครื่อง การสูญเสียการปิดเครื่องจะอยู่ที่ประมาณศูนย์ เนื่องจากกระแสไฟได้ลดลงเหลือศูนย์แล้วก่อนที่อุปกรณ์จะถูกปิด เนื่องจากกระแสไฟได้ลดลงเหลือศูนย์แล้วก่อนที่อุปกรณ์จะถูกปิด ปัญหาการปิดเครื่องแบบเหนี่ยวนำจึงได้รับการแก้ไข กระบวนการเปิดเครื่องแบบนุ่มนวลในอุดมคติคือกระบวนการที่แรงดันไฟฟ้าลดลงเหลือศูนย์ก่อน และกระแสจะค่อยๆ เพิ่มขึ้นจนถึงค่านอกสถานะ กระบวนการเปิดเครื่องแบบนุ่มนวลในอุดมคติคือแรงดันไฟฟ้าลดลงเหลือศูนย์ก่อน กระแสไฟจะค่อยๆ เพิ่มขึ้นเป็นค่าสถานะเปิด ดังนั้นการสูญเสียเมื่อเปิดเครื่องจะอยู่ที่ประมาณศูนย์ แรงดันไฟฟ้าความจุทางแยกของอุปกรณ์ยังเป็นศูนย์ จะช่วยแก้ปัญหาการเปิดเครื่องแบบ capacitive ปัญหา. ในเวลาเดียวกัน กระบวนการกู้คืนแบบย้อนกลับของไดโอดจะสิ้นสุดลงเมื่อเปิดเครื่อง ดังนั้นจึงไม่มีปัญหาการกู้คืนแบบย้อนกลับของไดโอด
เทคโนโลยีซอฟต์สวิตชิ่งยังช่วยลดระดับความรำคาญทางแม่เหล็กไฟฟ้า เนื่องจากทรานซิสเตอร์สวิตชิ่งทำงานที่แรงดันไฟฟ้าเป็นศูนย์และปิดที่กระแสไฟฟ้าเป็นศูนย์ ในขณะที่ไดโอดกู้คืนแบบเร็วก็ปิดแบบอ่อนเช่นกัน
ในเวลาเดียวกัน ไดโอดกู้คืนอย่างรวดเร็วจะปิดอย่างนุ่มนวล ซึ่งสามารถลด di/dt และ du/dt ของอุปกรณ์ไฟฟ้าได้อย่างมาก และทำให้ระดับของ EMI ลดลงได้
