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硬开关转换器中的寄生电容资料下载

消耗积分:3 | 格式:pdf | 大小:149.84KB | 2021-04-14

王磊

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  低成本和高可靠性是离线电源设计中两个最重要的目标。准谐振 （Quasi resonant） 设计为设计人员提供了可行的方法，以实现这两个目标。准谐振技术降低了MOSFET的开关损耗，从而提高可靠性。此外，更软的开关改善了电源的特性，允许设计人员减少使用滤波器的数目，因而降低成本。本文将描述准谐振架构背后的理论及其实施，并说明这类反激式电源的使用价值。     基本知识     现有的L-C 储能威廉希尔官方网站 正战略性地用于PWM电源中。结果是L-C 储能威廉希尔官方网站 的谐振效应能够“软化”开关器件的转换。这种更软的转换将降低开关损耗及与硬开关转换器相关的EMI。由于谐振威廉希尔官方网站 仅在相当于其它传统方波转换器的开关转换瞬间才起作用，故而有 “准谐振”之名。   要理解这种设计的拓扑结构，必须了解MOSFET和变压器的寄生特性。MOSFET包含若干个寄生电容，主要从器件的物理结构产生。它们可以数学方式简化为MOSFET输入电容CISS和MOSFET输出电容COSS，这里   CISS = CGS + CDG   COSS = CDS + CDG   在硬开关转换器中，输出电容COSS是开关损耗的主要来源。        图1 MOSFET输入和输出电容        图2 变压器的寄生电容     变压器也包含了寄生电容（图2）。这些电容包括绕组间电容和层间电容，它们可以一起转型为单一的电容CW，也是硬开关转换器开关损耗的主要来源。     硬开关转换器中的寄生电容     图3示出传统硬开关反激式转换器。在这种传统的间断模式反激式转换器 （DCM） 的停滞时间期间，寄生电容将与VDC周围的主要电感发生振荡。寄生电容上的电压会随振荡而变化，但始终具有相当大的数值。当下一个时钟周期的MOSFET 导通时间开始时，寄生电容 （COSS和CW） 会通过MOSFET放电，产生很大的电流尖峰。由于这个电流出现时MOSFET存在一个很大的电压，该电流尖峰因此会做成开关损耗。此外，电流尖峰含有大量的谐波含量，从而产生EMI。     准谐振反激式设计的实现     如果不用固定的时钟来初始化导通时间，而利用检测威廉希尔官方网站 来有效地“感测”MOSFET （VDS） 漏源电压的第一个最小值或谷值，并仅在这时启动MOSFET导通时间，情况又会如何？结果会是由于寄生电容被充电到最小电压，导通的电流尖峰将会最小化。这情况常被称为谷值开关 （Valley Switching） 或准谐振开关。在某些条件下，设计人员甚至可能获得零电压开关 （ZVS），即当MOSFET被激活时没有漏源电压。在这情况下，由于寄生电容没有充电，因此电流尖峰不会出现。这种电源本身是由线路/荷载条件决定的可变频率系统。换言之，调节是通过改变电源的工作频率来进行，不管当时负载或线路电压是多少，MOSFET始终保持在谷底的时候导通。这类型的工作介于连续 （CCM） 和间断条件模式 （DCM） 之间。因此，以这种模式工作的转换器被称作在边界条件模式 （BCM） 下工作。        图3 硬开关反激式转换器        图4 MOSFET漏-源电压     准谐振或谷值开关的优势   在反激式电源设计中采用准谐振或谷值开关方案有着若干优势。   降低导通损耗   这种设计为设计人员提供了较低的导通损耗。由于FET转换具有最小的漏源电压，在某些情况下甚至为零，故可以减小甚至消除导通电流尖峰。这减轻了MOSFET的压力以及电源的。   降低关断损耗   准谐振也意味着更小的关断损耗。由于规定FET会在谷值处进行转换，在某些情况下，可能会增加额外的漏源电容，以减低漏源电压的上升速度。较慢的漏源电压上升时间会减少FET关断时漏级电流和漏源电压之间的电压/电流交迭，使到MOSFET的功耗更少，从而降低其温度及增强其可靠性。   减少EMI   导通电流尖峰的减小或消除以及较慢的漏源电压上升速度都会减少EMI。一般而言，这就允许减少EMI滤波器的使用数量，从而降低电源成本。
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