準(zhǔn)諧振反激式電源設(shè)計(jì)之探討(05-100)

 

　　圖2 變壓器的寄生電容

　　硬開關(guān)轉(zhuǎn)換器中的寄生電容

　　圖3示出傳統(tǒng)硬開關(guān)反激式轉(zhuǎn)換器。在這種傳統(tǒng)的間斷模式反激式轉(zhuǎn)換器 (DCM) 的停滯時(shí)間期間，寄生電容將與VDC周圍的主要電感發(fā)生振蕩。寄生電容上的電壓會(huì)隨振蕩而變化，但始終具有相當(dāng)大的數(shù)值。當(dāng)下一個(gè)時(shí)鐘周期的MOSFET導(dǎo)通時(shí)間開始時(shí)，寄生電容 (COSS 和 CW) 會(huì)通過MOSFET放電，產(chǎn)生很大的電流尖峰。由于這個(gè)電流出現(xiàn)時(shí)MOSFET存在一個(gè)很大的電壓，該電流尖峰因此會(huì)做成開關(guān)損耗。此外，電流尖峰含有大量的諧波含量，從而產(chǎn)生EMI。

　　圖3 硬開關(guān)反激式轉(zhuǎn)換器

　　準(zhǔn)諧振反激式設(shè)計(jì)的實(shí)現(xiàn)

　　如果不用固定的時(shí)鐘來初始化導(dǎo)通時(shí)間，而利用檢測(cè)電路來有效地“感測(cè)”MOSFET (VDS) 漏源電壓的第一個(gè)最小值或谷值，并僅在這時(shí)啟動(dòng)MOSFET導(dǎo)通時(shí)間，情況又會(huì)如何?結(jié)果會(huì)是由于寄生電容被充電到最小電壓，導(dǎo)通的電流尖峰將會(huì)最小化。這情況常被稱為谷值開關(guān) (Valley Switching) 或準(zhǔn)諧振開關(guān)。在某些條件下，設(shè)計(jì)人員甚至可能獲得零電壓開關(guān) (ZVS)，即當(dāng)MOSFET被激活時(shí)沒有漏源電壓。在這情況下，由于寄生電容沒有充電，因此電流尖峰不會(huì)出現(xiàn)。這種電源本身是由線路/荷載條件決定的可變頻率系統(tǒng)。換言之，調(diào)節(jié)是通過改變電源的工作頻率來進(jìn)行，不管當(dāng)時(shí)負(fù)載或線路電壓是多少，MOSFET始終保持在谷底的時(shí)候?qū)?。這類型的工作介于連續(xù) (CCM) 和間斷條件模式 (DCM) 之間。因此，以這種模式工作的轉(zhuǎn)換器被稱作在邊界條件模式 (BCM) 下工作。

　　圖4 MOSFET漏-源電壓

　　準(zhǔn)諧振或谷值開關(guān)的優(yōu)勢(shì)

　　在反激式電源設(shè)計(jì)中采用準(zhǔn)諧振或谷值開關(guān)方案有著若干優(yōu)勢(shì)。

　　降低導(dǎo)通損耗

　　這種設(shè)計(jì)為設(shè)計(jì)人員提供了較低的導(dǎo)通損耗。由于FET轉(zhuǎn)換具有最小的漏源電壓，在某些情況下甚至為零，故可以減小甚至消除導(dǎo)通電流尖峰。這減輕了MOSFET的壓力以及電源的EMI。

　　降低關(guān)斷損耗

　　準(zhǔn)諧振也意味著更小的關(guān)斷損耗。由于規(guī)定FET會(huì)在谷值處進(jìn)行轉(zhuǎn)換，在某些情況下，可能會(huì)增加額外的漏源電容，以減低漏源電壓的上升速度。較慢的漏源電壓上升時(shí)間會(huì)減少FET關(guān)斷時(shí)漏級(jí)電流和漏源電壓之間的電壓/電流交迭，使到MOSFET的功耗更少，從而降低其溫度及增強(qiáng)其可靠性。

　　減少EMI

　　導(dǎo)通電流尖峰的減小或消除以及較慢的漏源電壓上升速度都會(huì)減少EMI。一般而言，這就允許減少EMI濾波器的使用數(shù)量，從而降低電源成本。

　　結(jié)語

　　降低成本和增加可靠性永遠(yuǎn)都是電源設(shè)計(jì)人員的目標(biāo)。利用準(zhǔn)諧振技術(shù)可以協(xié)助設(shè)計(jì)人員實(shí)現(xiàn)這些目標(biāo)。準(zhǔn)諧振或谷底開關(guān)能減輕MOSFET的壓力，從而提高其可靠性。利用準(zhǔn)諧振技術(shù)，由于波形的諧波含量降低，電源的EMI因此得以減少