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回归基础：零电压开关是什么以及其为何对降压电压调节至关重要？

降压调节是将 DC 电源的电能分配至负载点（PoL）的关键环节，传统上通常采用脉宽调制（PWM）电路来实现，也就是通过改变 PWM 的占空比来满足所需的降压要求。

然而，有若干因素给稳压器设计带来了日益增加的压力。首先，随着更强大的器件不断被集成到电路板上，而电路板的尺寸却并未相应增加，导致功率密度被迫提高。其次，为了降低配电损耗，DC 电源电压趋于升高，而器件电压则在降低以提高内部运行速度和效率。这两种趋势叠加，共同增加了稳压器两端的压降及相关的开关损耗。

例如，一个过程控制系统可能需要将电压从 24V 调节至 3.3V——如此大的压差通常需要两级调节；这会增加电路板空间和成本并带来可靠性问题。此外，稳压器的开关频率也受到限制，因为开关操作增多会带来更多损耗。这反过来又限制了使用更小的无源元件进行滤波，从而降低了整体解决方案的功率密度。

尽管高密度 PWM 稳压器已随着 IC 集成度、MOSFET 和封装技术的优化而不断发展，但其设计已不足以满足所面临的功率需求。这主要是由于稳压器 MOSFET 内的开关损耗。要显著提升稳压器性能，必须克服或避免这些损耗。

一种更好的解决方案是采用零电压开关（ZVS）拓扑，它能支持以更高频率和更高输入电压运行，而不会牺牲效率。虽然仍基于 PWM，但在 PWM 时序中增加了一个独立阶段以实现 ZVS 操作。图 1 比较了传统的降压稳压器和为 ZVS 操作而改进的版本。利用新增的相位，ZVS 拓扑通过钳位开关和电路谐振，以软开关方式高效地运行高压侧（Q1）和同步（Q2）MOSFET，从而避免其在传统 PWM 操作和时序过程中产生的损耗。

例如，在传统电路中，当 Q1 导通、Q2 关断时，由于 Q2 的体二极管在其反向恢复时间内呈现短路状态，会有非常大的尖峰电流流经这对 MOSFET。其他损耗则源于 Q1 输出电容的放电以及 Q2 的反向恢复。这些损耗会随着开关频率或输入电压的增加而增加。

相比之下，ZVS 设计在高压侧 MOSFET 导通前，消除了由体二极管导通引发的大电流，解决了传统稳压器的高导通损耗问题，将高压侧 MOSFET 的 D-S（漏-源）电压降至零或接近零，从而不会产生大电流尖峰或有害的振铃。施加于 Q1 上的 ZVS 操作消除了其导通时的米勒效应，从而允许使用尺寸更小的驱动器和更低的栅极驱动电平。

Vicor 已在其降压稳压器产品中采用了 ZVS 拓扑。相比传统硬开关高密度稳压器，这些产品能以高达 36V_IN 的输入电压、更高的效率以及更小的外形尺寸提供稳压调节。