典型返馳式拓撲設計——實現最佳化電源
加入技術交流群
第叁，運算一次側電感，以保持盡可能高的右半平面零點（RHP），因而大幅地提高閉環穿越頻率。
實際上，第一個標準只用于特殊情況，而選擇的磁化電感可作為變壓器尺寸、峰值電流和RHP零點之間的最佳折衷。
為了確定二次側最大紋波電流來計算一次側和二次側電感，可用以下公式計算出二次側電感（）和一次側電感（）：
?。?）
公式中是開關頻率，是允許的二次側紋波電流，通常設置在約為輸出電流有效值的30-50％：
（9）
那么，等效一次側電感可從以下公式獲得：
?。?0）
如前所述，一次側電感和佔空比會影響右半平面零點（RHP）。RHP增加了閉環控制特性的相位滯后，迫使最大穿越頻率不超過RHP頻率的1/4。
RHP是佔空比、負載和電感的函數，可引發和增加迴路增益，同時降低迴路相位裕度。通常的做法是確定最差情況的RHPZ頻率，并設置迴路單位增益頻率低于RHPZ的叁分之一。
在返馳式拓樸結構中，運算RHPZ的公式是：
（11）
可以選擇一次側電感來削弱這種不良效果。
圖3的曲線顯示一次側電感對一次側和二次側電流和RHP零點的影響：隨著電感的增加紋波電流會減少，因此輸入/輸出紋波電壓和電容器大小也可能減少。但增加的電感增加了變壓器一次側二次側繞組數，同時減少了RHP零點。
圖3：典型返馳式設計一次側、二次側紋波電流、RHP零點與一次側電感的關係。
一般建議不應使用過大的電感，以免影響整個系統的整體閉環性能和尺寸，以及返馳式變壓器的損耗。上述圖形和公式只在連續導通模式下的返馳式執行才有效。
選擇功率開關MOSFET并計算其損耗
MOSFET的選擇基于最大應力電壓、最大峰值輸入電流、總功率損耗、最大允許工作溫度，以及驅動器的電流驅動能力。MOSFET的源汲擊穿（Vds）必須大于：
?。?2）
MOSFET的連續漏電流（Id）必須大于一次側峰值電流（公式15）。
除了最大額定電壓和最大額定電流，MOSFET的其他叁個重要參數是Rds（on）、閘極閾值電壓和閘極電容器。
開關MOSFET的損耗有叁種類型，即導通損耗、開關損耗和閘極電荷損耗：
導通損耗等于損耗，因此在導通狀態下源極和汲極之間的總電阻要盡可能最低。
開關損耗等于：開關時間*Vds*I*頻率。開關時間、上升時間和下降時間是MOSFET閘汲極米勒電荷Qgd、驅動器內部電阻和閾值電壓的函數，最小閘極電壓Vgs（th）有助于電流通過MOSFET的漏源極。
閘極電荷損耗是由閘極電容器充電，以及隨后的每個週期對地放電引起的。閘極電荷損耗等于：頻率* Qg（tot）* Vdr
不幸的是，電阻最低的元件往往有較高的閘極電容器。
開關損耗也會受閘極電容器的影響。如果閘極驅動器對大容量電容器充電，則MOSFET需要時間進行線性區提升，則損耗增加。上升時間越快，開關損耗越低。不幸的是，這將導致高頻噪音。
導通損耗不取決于頻率，它還取決于和一次側RMS電流的平方：
?。?3）
在連續導通模式下，返馳式執行的一次側電流看來像圖4上部所示的梯形波形。
Ib等于一次側峰值電流：
Ia是從以上的公式（5）得出的平均電流，減去一半ΔIp電流為：
（16）
那么開關管的RMS電流可從下式得到：
?。?7）
或其迅速接近：
?。?8）
開關損耗（）取決于轉換期間的電壓和電流、開關頻率和開關時間，如圖4所示。
圖4：換向期間MOSFET兩端的電流和電壓波形。
在導通期間，MOSFET兩端的電壓為輸入電壓加反映在一次側的輸出電壓，電流等于平均中間最高電流減去一半ΔIp：
?。?9）
?。?0）
在關閉過程中，MOSFET兩端的電壓為輸入電壓加反映在一次側繞組的輸出電壓，再加上用于箝位的齊納箝位電壓和吸收漏電感。開關管切斷電流為一次側峰值電流。
?。?1）
開關時間取決于最大閘極驅動電流和MOSFET的總閘極電荷，MOSFET寄生電容器是調節MOSFET開關時間的最重要的參數。電容器Cgs和Cgd取決于元件的幾何尺寸并與源極電壓成反比。
通常MOSFET製造商沒有直接提供這些電容器值，但是可以從Ciss、Coss和Crss值獲得。
導通開關時間可以使用下列公式用閘極電荷來估計：
（22）
（23）
公式中：
Qgd是閘漏極電荷
Qgs是閘源極電荷
是當驅動電壓被拉升至驅動電壓時的導通時間驅動電阻
是當驅動電壓被下拉至接地電壓時的內部驅動電阻
是閘源極閾值電壓（MOSFET開始導通的閘極電壓）
緩衝器：
漏電感可以被看作是與變壓器的一次側電感串聯的寄生電感，其一次側電感的一部份沒有與二次側電感相互耦合。當開關MOSFET關閉時，儲存在一次側電感中的能量透過正向偏置二極體流動到二次側和負載。儲存在漏電感中的能量則變成了開關接腳（MOSFET汲極）上巨大的電壓尖峰。漏電感可以透過短路二次側繞組來進行測量，而一次側電感的測量通常由變壓器製造商給出。
耗散漏電感能量的一種常用方法是透過一個與一次側繞組并聯的齊納二極體來阻斷與之串聯的二極體實現的，如圖5所示。
?。▓D5：齊納箝位電路）
漏電感能量必須透過一個外部箝位緩衝器來耗散：
?。?4）
齊納電壓應低于開關MOSFET的最大漏源電壓減去最大輸入電壓，但要高到足以在很短的時間內耗散這一能量才可以。
齊納
評論