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          在ZVS拓?fù)渲羞x擇最優(yōu)的死區(qū)時(shí)間

          作者:SanjayHavanwr 時(shí)間:2013-10-25 來源:電子產(chǎn)品世界 收藏

            摘要:通過本文的分析來優(yōu)化中壓和高壓功率在各種隔離式轉(zhuǎn)換器拓?fù)涫褂脮r(shí)的死區(qū)時(shí)間,能夠幫助工程師發(fā)現(xiàn)各種器件技術(shù)的優(yōu)點(diǎn),甚至使那些過時(shí)的設(shè)計(jì)方案也能達(dá)到更好的性能。

          本文引用地址:http://www.ex-cimer.com/article/184600.htm

            中壓和高壓功率在各種隔離式轉(zhuǎn)換器拓?fù)渲斜粡V泛使用,例如半磚或全橋整流,以及單端升壓或同步降壓穩(wěn)壓器。橋式整流可以是硬開關(guān)或軟開關(guān),但目前的大多數(shù)轉(zhuǎn)換器使用零電壓開關(guān)(),避免導(dǎo)通時(shí)的開關(guān)損耗。功率部分是一樣的,只是需要對(duì)器件開啟和關(guān)閉的次序進(jìn)行調(diào)整。在寬輸入電壓磚式轉(zhuǎn)換器里,同步降壓轉(zhuǎn)換器一般用于前端預(yù)穩(wěn)壓,在模式中還用來開關(guān)低邊。硬開關(guān)的橋式整流和升壓轉(zhuǎn)換器對(duì)死區(qū)時(shí)間沒有嚴(yán)格的要求,所有的軟開關(guān)橋式和同步降壓轉(zhuǎn)換器都必須在類似的限制條件下工作。在低壓同步降壓轉(zhuǎn)換器中,在低邊和高邊MOSFET之間轉(zhuǎn)換的死區(qū)時(shí)間由控制器或驅(qū)動(dòng)器進(jìn)行優(yōu)化。還需要通過檢測驅(qū)動(dòng)的下降沿或開關(guān)節(jié)點(diǎn)的電壓,對(duì)器件采取防止共通的措施。此外,還有一些更加復(fù)雜的技術(shù),設(shè)法能夠連續(xù)地對(duì)延遲進(jìn)行最優(yōu)的調(diào)整。

            然而,像這樣的精細(xì)調(diào)節(jié)對(duì)較高電壓的驅(qū)動(dòng)器并不實(shí)用,設(shè)計(jì)者必須回過頭來在轉(zhuǎn)換過程中采用固定的死區(qū)時(shí)間。由于長死區(qū)時(shí)間會(huì)導(dǎo)致體二極管的導(dǎo)通時(shí)間更長,進(jìn)而損失效率,人們總是期望有一種辦法,在不進(jìn)入共通保護(hù)的條件下,能夠提供優(yōu)化的最小死區(qū)時(shí)間。這要求對(duì)整個(gè)轉(zhuǎn)換過程有深入細(xì)致的了解,根據(jù)MOSFET和電路的參數(shù),計(jì)算不同的時(shí)間間隔。當(dāng)可以實(shí)現(xiàn)最優(yōu)延遲,而且根據(jù)以往經(jīng)驗(yàn),這個(gè)條件是常常能夠達(dá)到的,這時(shí)有必要對(duì)變化過程進(jìn)行分析,選擇能實(shí)現(xiàn)最高效率的合適器件。為說明這個(gè)分析過程,在本文中我們將使用一個(gè)軟開關(guān)全橋整流,每個(gè)橋臂的滿占空比為50%。這個(gè)拓?fù)湟脖环Q為直流變壓器,在48V直流輸入、非穩(wěn)壓中間總線轉(zhuǎn)換器()輸出的產(chǎn)品中用得比較普遍。在這里討論的概念和參數(shù)折中也可以擴(kuò)展到很多其他ZVS拓?fù)洹?/p>

            轉(zhuǎn)換過程

            首先,軟開關(guān)全橋整流的開關(guān)順序有幾種不同方式,每種都有其優(yōu)點(diǎn)和缺陷。一個(gè)特別的順序是,每個(gè)轉(zhuǎn)換過程都是從關(guān)閉高邊MOSFET開始,如圖1所示。在轉(zhuǎn)換過程中,流經(jīng)不同器件的電流流向如圖2a到圖2e所示。開始階段,Q1和Q4導(dǎo)通,能量輸送到負(fù)載(圖2a)。關(guān)閉Q1,開始轉(zhuǎn)換,Q1的電流流向體二極管Q2(圖2b)。間隔的持續(xù)時(shí)間是Tdt。

            當(dāng)Q完全關(guān)閉,Q2以零過流的方式導(dǎo)通。然后是很短的一段時(shí)間(TXSR),在這段時(shí)間里,變壓器的初級(jí)側(cè)對(duì)外短路,生磁電流在低邊MOSFET(圖2c)之間形成回路。在移相橋式轉(zhuǎn)換器里,通過改變TXSR來實(shí)現(xiàn)輸出穩(wěn)壓,但在直流變壓器,要把TXSR保持在最小值。經(jīng)過TXSR延遲后,Q4關(guān)閉,生磁電流流向Q3(圖2d)。經(jīng)過另一段時(shí)間間隔Tdt(圖2e)后,Q3以ZVS方式導(dǎo)通,轉(zhuǎn)換過程結(jié)束。

            總轉(zhuǎn)換時(shí)間的計(jì)算公式Ttrans = 2×Tdt + TXSR

            間隔時(shí)間TXSR對(duì)初級(jí)轉(zhuǎn)換并不重要,理論上這個(gè)時(shí)間可以為零。然而,次級(jí)同步整流器要求有一個(gè)最小的間隔時(shí)間。如果輸出整流器被替換成同步MOSFET,其驅(qū)動(dòng)信號(hào)在TXSR死區(qū)段內(nèi)必須進(jìn)行切換。不管是自驅(qū)動(dòng)還是控制驅(qū)動(dòng)的SSR,次級(jí)驅(qū)動(dòng)脈沖在這兩種情況下都要與初級(jí)側(cè)相匹配。唯一的區(qū)別是,在自驅(qū)動(dòng)方案中,TXSR要更高一些,因?yàn)樽儔浩鞔渭?jí)的上升和下降時(shí)間要長得多。要考慮的另一個(gè)因素是,從高邊→低邊和從低邊→高邊,轉(zhuǎn)換過程是不對(duì)稱的,因?yàn)橛杉呻娐窐?gòu)成的驅(qū)動(dòng)在輸入信號(hào)的電平轉(zhuǎn)換過程中會(huì)增加延遲。這與正常的通過驅(qū)動(dòng)級(jí)的傳播延遲不同,是另外加上去的。從高邊向低邊轉(zhuǎn)換過程中,電平轉(zhuǎn)換延遲減少的可用死區(qū)時(shí)間甚至更多,但實(shí)際上對(duì)低邊向高邊轉(zhuǎn)換有利,增加了可用的死區(qū)時(shí)間。大多數(shù)驅(qū)動(dòng)會(huì)想辦法把匹配的總延遲限制在幾納秒內(nèi),但是要把用TLSH表示的差值考慮進(jìn)去。


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          關(guān)鍵詞: ZVS MOSFET DC-DC IBC 柵極 201311

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