在升壓變換器中利用新型MOSFET減少開關損耗

摘要：升壓變換器通常應用在彩色監視器中。為提高開關電源的效率，設計者必須選擇低開關損耗的MOSFET。在升壓變換器中，利用QFET新型MOSFET能夠有效地減少系統損耗。

1引言

　　在開關電源設計中，效率是一個關鍵性的參數。輸入和輸出濾波電容器、變壓器磁芯的幾何圖形與特性及開關器件等，都會影響系統的效率。為減小濾波電容和磁性元件的尺寸，開關電源的頻率在不斷提高。因此，功率器件的開關損耗在整個系統損耗中占有更大的比重。選用低開關損耗的MOSFET，是提高SMPS效率的重要環節?？旖荩ㄓ置赏┌雽w新發明的QFET系列，是新一代功率MOSFET，用其可以獲得低開關損耗。本文回顧了升壓型變換器的基本工作原理，作為QFET的一個應用實例，介紹了FQP10N20型QFET在70W彩色監視器升壓變換器電源中作為開關使用的優點。

2升壓變換器工作原理

　　升壓變換器是將一個DC輸入電壓變換成比輸入電壓高的并經過調整的DC輸出電壓的電源變換器，其基本電路如圖1所示。當開關Q1導通時，輸入DC電壓Vi施加到電感器L的兩端，二極管D因反偏而截止，L儲存來自輸入電源的能量。當開關Q1關斷時，L中的儲能使D正偏而導通，并將能量傳輸到輸出電容C和負載R中。

圖1升壓變換器基本電路

圖2為圖1電路的相關波形。穩態時在一個開關周期內，電感器L儲存的能量與釋放的能量保持平衡，用伏秒積表示如下：

ViDTs=(VO－Vi)(1－D)Ts（1）

式中Ts為開關周期，D為開關占空比。從式（1）可得：

VO=Vi(2)

由于D1， 故 VO>Vi。L兩端的電壓為：VL=L(3)

當開關Q1開通時，根據公式(3)，電感電流的變化可用式(4)計算：ΔiL=DTs(4)

圖2升壓變換器相關波形

圖370W、80kHz彩色監視器用升壓變換器電路

電感電流平均值可表示為：Iav=ΔiL＋IV=DTs＋IV(5)

整個開關周期中的平均電流等于輸出電流，即IO=Iav。根據式(5)可得：

IV=IO－DTs(6)　　在電感電流連續模式中，IO>()DTs。為保持較低的電感峰值電流和較小的輸出紋波電壓，按照慣例，推薦ΔiL=0.3io。于是式(4)可改寫為：L=DTs（7）

當Q1導通時，輸出電容放電，峰卜逯滴撇ǖ繆刮：Δvo=(8)

式(8)整理后為：（9）

利用式(7)和式(9)，可以計算升壓變換器中的電感值和輸出電容值。

3低損耗高效率升壓變換器

　　彩色監視器用70W、80kHz升壓變換器電源電路如圖3所示。升壓變換器的輸入DC電壓Vi=50V，輸出DC電壓VO=120V±1％。變換器電路采用KA7500B單片IC作為PWM控制器。

31實現低損耗高效率的途徑

　　圖3所示的升壓變換器電路中，升壓電感器L1、升壓二極管D1、輸入及輸出電容C1與C5、功率MOSFET(Q1)和IC1等，是產生損耗的主要元器件。其中，開關Q1所產生的損耗在總損耗中占居支配地位，而IC1產生的損耗則相對較小。為降低變換器損

圖4柵極電荷比較