準諧振反激式電源設計之探討(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隨振蕩而變化，但始終具有相當大的數(shù)值。當下一個時鐘周期的MOSFET導通時間開始時，寄生電容 (COSS 和 CW) 會通過MOSFET放電，產(chǎn)生很大的電流尖峰。由于這個電流出現(xiàn)時MOSFET存在一個很大的電壓，該電流尖峰因此會做成開關(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

　　準諧振反激式設計的實現(xiàn)

　　如果不用固定的時鐘來初始化導通時間，而利用檢測電路來有效地“感測”MOSFET (VDS) 漏源電壓的第一個最小值或谷值，并僅在這時啟動MOSFET導通時間，情況又會如何?結(jié)果會是由于寄生電容被充電到最小電壓，導通的電流尖峰將會最小化。這情況常被稱為谷值開關(guān) (Valley Switching) 或準諧振開關(guān)。在某些條件下，設計人員甚至可能獲得零電壓開關(guān) (ZVS)，即當MOSFET被激活時沒有漏源電壓。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行，不管當時負載或線路電壓是多少，MOSFET始終保持在谷底的時候?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

　　準諧振或谷值開關(guān)的優(yōu)勢

　　在反激式電源設計中采用準諧振或谷值開關(guān)方案有著若干優(yōu)勢。

　　降低導通損耗

　　這種設計為設計人員提供了較低的導通損耗。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

　　準諧振也意味著更小的關(guān)斷損耗。由于規(guī)定FET會在谷值處進行轉(zhuǎn)換，在某些情況下，可能會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間會減少FET關(guān)斷時漏級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其可靠性。

　　減少EMI

　　導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都是電源設計人員的目標。利用準諧振技術(shù)可以協(xié)助設計人員實現(xiàn)這些目標。準諧振或谷底開關(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