在升压变换器中利用新型MOSFET减少开关损耗

摘要：升压变换器通常应用在彩色监视器中。为提高开关电源的效率，设计者必须选择低开关损耗的MOSFET。在升压变换器中，利用QFET新型MOSFET能够有效地减少系统损耗。

1引言

　　在开关电源设计中，效率是一个关键性的参数。输入和输出滤波电容器、变压器磁芯的几何图形与特性及开关器件等，都会影响系统的效率。为减小滤波电容和磁性元件的尺寸，开关电源的频率在不断提高。因此，功率器件的开关损耗在整个系统损耗中占有更大的比重。选用低开关损耗的MOSFET，是提高SMPS效率的重要环节。快捷（又名仙童）半导体新发明的QFET系列，是新一代功率MOSFET，用其可以获得低开关损耗。本文回顾了升压型变换器的基本工作原理，作为QFET的一个应用实例，介绍了FQP10N20型QFET在70W彩色监视器升压变换器电源中作为开关使用的优点。

2升压变换器工作原理

　　升压变换器是将一个DC输入电压变换成比输入电压高的并经过调整的DC输出电压的电源变换器，其基本电路如图1所示。当开关Q1导通时，输入DC电压Vi施加到电感器L的两端，二极管D因反偏而截止，L储存来自输入电源的能量。当开关Q1关断时，L中的储能使D正偏而导通，并将能量传输到输出电容C和负载R中。

图1升压变换器基本电路

图2为图1电路的相关波形。稳态时在一个开关周期内，电感器L储存的能量与释放的能量保持平衡，用伏秒积表示如下：

ViDTs=(VO－Vi)(1－D)Ts（1）

式中Ts为开关周期，D为开关占空比。从式（1）可得：

VO=Vi(2)

由于D1， 故 VO>Vi。L两端的电压为：VL=L(3)

当开关Q1开通时，根据公式(3)，电感电流的变化可用式(4)计算：ΔiL=DTs(4)

图2升压变换器相关波形

图370W、80kHz彩色监视器用升压变换器电路

电感电流平均值可表示为：Iav=ΔiL＋IV=DTs＋IV(5)

整个开关周期中的平均电流等于输出电流，即IO=Iav。根据式(5)可得：

IV=IO－DTs(6)　　在电感电流连续模式中，IO>()DTs。为保持较低的电感峰值电流和较小的输出纹波电压，按照惯例，推荐ΔiL=0.3io。于是式(4)可改写为：L=DTs（7）

当Q1导通时，输出电容放电，峰卜逯滴撇ǖ缪刮：Δvo=(8)

式(8)整理后为：（9）

利用式(7)和式(9)，可以计算升压变换器中的电感值和输出电容值。

3低损耗高效率升压变换器

　　彩色监视器用70W、80kHz升压变换器电源电路如图3所示。升压变换器的输入DC电压Vi=50V，输出DC电压VO=120V±1％。变换器电路采用KA7500B单片IC作为PWM控制器。

31实现低损耗高效率的途径

　　图3所示的升压变换器电路中，升压电感器L1、升压二极管D1、输入及输出电容C1与C5、功率MOSFET(Q1)和IC1等，是产生损耗的主要元器件。其中，开关Q1所产生的损耗在总损耗中占居支配地位，而IC1产生的损耗则相对较小。为降低变换器损

图4栅极电荷比较