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准谐振反激式电源架构及应用

发布时间:2024-05-13 发布时间:
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  低成本和高可靠性是离线电源设计中两个最重要的目标。准谐振 (Quasi resonant) 设计为设计人员提供了可行的方法,以实现这两个目标。准谐振技术降低了MOSFET的开关损耗,从而提高可靠性。此外,更软的开关改善了电源的EMI特性,允许设计人员减少使用滤波器的数目,因而降低成本。本文将描述准谐振架构背后的理论及其实施,并说明这类反激式电源的使用价值。

 

  基本知识

 

  现有的L-C 储能电路正战略性地用于PWM电源中。结果是L-C 储能电路的谐振效应能够“软化”开关器件的转换。这种更软的转换将降低开关损耗及与硬开关转换器相关的EMI。由于谐振电路仅在相当于其它传统方波转换器的开关转换瞬间才起作用,故而有 “准谐振”之名。

  要理解这种设计的拓扑结构,必须了解MOSFET和变压器的寄生特性。MOSFET包含若干个寄生电容,主要从器件的物理结构产生。它们可以数学方式简化为MOSFET输入电容CISS和MOSFET输出电容COSS,这里

  CISS = CGS + CDG

  COSS = CDS + CDG

  在硬开关转换器中,输出电容COSS是开关损耗的主要来源。

 

  

  图1 MOSFET输入和输出电容

 

  

  图2 变压器的寄生电容

 

  变压器也包含了寄生电容(图2)。这些电容包括绕组间电容和层间电容,它们可以一起转型为单一的电容CW,也是硬开关转换器开关损耗的主要来源。

 

  硬开关转换器中的寄生电容

 

  图3示出传统硬开关反激式转换器。在这种传统的间断模式反激式转换器 (DCM) 的停滞时间期间,寄生电容将与VDC周围的主要电感发生振荡。寄生电容上的电压会随振荡而变化,但始终具有相当大的数值。当下一个时钟周期的MOSFET 导通时间开始时,寄生电容 (COSS和CW) 会通过MOSFET放电,产生很大的电流尖峰。由于这个电流出现时MOSFET存在一个很大的电压,该电流尖峰因此会做成开关损耗。此外,电流尖峰含有大量的谐波含量,从而产生EMI。

 


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