零过电压开关

电子

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威廉希尔官方网站。关断事件激发谐振威廉希尔官方网站，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，道路通过正确的威廉希尔官方网站设计和寄生，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威廉希尔官方网站，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.升压威廉希尔官方网站

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
若要将威廉希尔官方网站转换为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威廉希尔官方网站上，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。

王栋春 · 2018-9-7 21:46:47

非常不错的经验资料分享

王洁民 · 2018-9-8 19:40:11

对线路设计有帮助

24不可说 · 2018-9-10 08:43:29

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