開環推挽逆變器軟開關實現的設計

電池供電的逆變器,為了減少回路中串聯的功率管數量,多采用推挽電路,其中的MOSFET多工作在硬開關狀態,硬開關狀態有以下弊端:

1、功率管開關損耗大,如圖1所示.MOSFET關斷時,D極電壓上升,溝道電流下降,存在著VI同時不為零的時間,由此帶來了開關損耗,并且這個損耗隨著工作頻率的提高而加大,限制了更高頻率的采用.

2、為了避免兩管同時導通,設置了較大的死區時間,也因此而帶來了占空比的損失,其產生的后果是,功率管利用率降低,需要更大電流的功率管,電源脈動電流增大,引起濾波電解過熱.曾見過有廠家用CD4047做驅動,沒有死區時間,電解是不怎么熱了,但功率管更熱.

3、密勒效應.在MOSFET關斷時,D極電壓快速上升,DV/DT很大,D極電壓通過反饋電容向輸入電容充電,有可能引起MOSFET再次開通,這在PCB和變壓器設計不合理的逆變器中更加嚴重.

4、EMI問題.

所有以上這些問題,降低了電源的效率,較大的電壓和電流應力降低了可靠性,由于工作頻率難以提高,功耗大也降低了功率密度,使得產品的體積重量加大.采用軟開關技術,可以基本消除以上不利因互素的影響.

實現軟開關的方法,常見的有諧振法和移相法.現代電子技術日新月異,多種新技術大量采用,較高檔的電源采用DSP芯片隨時跟蹤MOSFET的工作狀態,調整驅動參數,確保其工作在軟開關狀態.

在很多逆變器中,前級DC-DC部分不需要調壓,調壓的任務交給后級SPWM部分,更有一些電源,根本不需要對電壓進行調整.這些電源或逆變器前級DC-DC工作在開環狀態,這為我們用簡易方法實現軟開關創造了條件.下面將分以常用PWM芯片SG3525A和TL494和大家探討開環狀態下簡易軟開關的實現方法。

要用普通PWM芯片實現簡易的軟開關,有幾個先決條件:

1、功率管以1對為佳,大功率應用時用大電流的管子,兩對可以嘗試,多對就不要指望了.

2、變壓器兩邊繞組要完全對稱,PCB設計時兩管源級和漏極線路等長,源極到濾波電解盡可能短,驅動電路地線單獨連接到電解電容.

3、MOSFET柵極驅動電路的選擇.MOS管的輸入電容都很大,以常用的IRF3205來說,Ciss為3247PF,要對此電容快速充放電,沒有優良的驅動電路是無法做到的.很多大師做的電源類產品,MOSFET柵極電壓上升和下降時間為幾百納秒甚至1.2微秒,這樣大的開通/關斷時間在高頻應用時效率都很低,更不要說軟開關了,總之,沒有高的開通/關斷速度,軟開關就無法實現.常見電路有PWM芯片直推MOSFET,在驅動電流大時用NPN/PNP管射極跟隨器做成圖騰柱式電流放大電路,如圖2所示:

然而,這個電路有著固有的缺陷,速度慢,驅動能力不足,放電管有剩余電壓,無法在高效率電源中采用.在這里向大家推薦一個用NMOS/PMOS反向器構成的圖騰柱驅動電路,如圖3所示: