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有源钳位吸收器电路及其数字实现方式有哪些难点?
2019-07-16 08:38
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电路设计
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6
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随着MOSFET击穿电压额定值的增大,导通电阻也会增大。在这样场景中如何消除同步整流器上的电压尖峰和振铃,另外有源-钳位方案优势有哪些?
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6条回答
乔伊斯e
2019-07-16 15:20
设计指南
1. 估算漏电电感
让转换器在无吸收器的条件下工作,测量同步MOSFET漏极上振铃电压尖峰的谐振频率和周期(f1)。另外,测量原边电流波形上的前沿尖峰(应等于trr)。要估算漏电电感,要使电容的已知值(C2)至少比MOSFET漏极/源极电容大一个数量级。用下式测量振铃频率(f2),计算电容(COSS)和漏电(LLK)电感:
2. 选择有源钳位吸收器电容
选择一个输出电容至少为同步MOSFET输出电容10至100倍的吸收器电容。这是因为有源吸收器开关会有一条低阻抗路径。然而,吸收器电容的选择必须做到:
其中,Ts为开关周期。
在下列最小延迟条件下打开有源钳位吸收器:
这两项为驱动器的传播延迟和原边MOSFET的驱动信号上升时间。这个时序非常重要,因为必须捕获MOSFET体二极管的全部反向恢复能量。该时间取决于同步MOSFET体二极管的反向恢复特性(Qrr、trr、Irr),可能随器件上的温度、负载电流和反向电压等因素而变化。延迟时间和吸收器导通时间可以用本文所述方法精确设置以针对不同的开关特性进行优化。
确定钳位电容值的另一种方法是使用以下公式。该公式基于谐振周期,在此期间,将漏电电能释放到钳位电容中。
该值的范围为:
为了避免在第1点上观察到过多的振铃,导通时间应不超过一个或两个谐振周期,否则,会出现过多的连续振铃。或者,吸收器的导通时间可以取上面第1点中观察到的前沿尖峰的导通时间的近似值(如trr)。过多的导通时间只是会导致能量再谐振几个周期,可以在原边电流波形中看到这一点(图8和图9)。
3. 选择吸收器开关
(1)的一个简化版本是使用MOSFET数据手册中的最差条件限值。以下公式更加详细地展现了电容中电流的情况:
使用因子2是因为考虑的只是半个开关周期,对于全桥或半桥拓扑结构,该过程发生两次。另外,在图1中,由于两个开关关闭,所以反向恢复电荷会增加一倍。因此,总电流为:
其中,在全桥配置下,C为2;在中心抽头配置下,C为1;N为并联的MOSFET数目。这是通过有源吸收器开关的平均电流。
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选择一个输出电容至少为同步MOSFET输出电容10至100倍的吸收器电容。这是因为有源吸收器开关会有一条低阻抗路径。然而,吸收器电容的选择必须做到:
在下列最小延迟条件下打开有源钳位吸收器:
这两项为驱动器的传播延迟和原边MOSFET的驱动信号上升时间。这个时序非常重要,因为必须捕获MOSFET体二极管的全部反向恢复能量。该时间取决于同步MOSFET体二极管的反向恢复特性(Qrr、trr、Irr),可能随器件上的温度、负载电流和反向电压等因素而变化。延迟时间和吸收器导通时间可以用本文所述方法精确设置以针对不同的开关特性进行优化。
确定钳位电容值的另一种方法是使用以下公式。该公式基于谐振周期,在此期间,将漏电电能释放到钳位电容中。
为了避免在第1点上观察到过多的振铃,导通时间应不超过一个或两个谐振周期,否则,会出现过多的连续振铃。或者,吸收器的导通时间可以取上面第1点中观察到的前沿尖峰的导通时间的近似值(如trr)。过多的导通时间只是会导致能量再谐振几个周期,可以在原边电流波形中看到这一点(图8和图9)。
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