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双管正激变换器的工作原理与FOM

作者:Sanjay Havanur Philip Zuk时间:2015-07-08来源:电子产品世界收藏
编者按:本文介绍了双管正激变换器的工作原理与FOM,并且论述了双管正激变换器与PFC转换器的对比、FOM和功率耗损。

为进一步加以说明,不妨考虑一个最大功率损耗为8 W的TO-220 / TO-220F器件。假设这是对PFC应用的最优选择。最优是意思是导通损耗为额定功率下总损耗的40 % - 50 %。这也会是双开关转换器的最优解吗?答案当然不是。在双开关拓扑中,Coss / Qoss和Qsw对总损耗的贡献约为87%,其余为导通损耗。导电损耗与开关损耗之间这种不均衡对效率和成本非常不利。导通损耗小于单开关PFC转换器情况的原因是,所使用的每个MOSFET具有单开关PFC电路的一半电流,同时以两倍频率进行切换。

本文引用地址:http://www.eepw.com.cn/article/276366.htm

  任何开关电路都有两种开关损耗。第一种由于接通和关断期间发生的Vds x Ids交接而产生的损耗。这些损耗用所谓“Qsw”来衡量,它是Qgd和Qgs的组合,代表MOSFET的有效开关电荷。开关损耗是负载和开关频率的函数。

  第二种开关损耗与MOSFET输出电容Coss的充放电有关。在ATX电源中,流行的双开关正向转换器紧跟具有约400 V输入电压。因此,输出电容Cos开关损耗是总损耗的一大部分。器件的Coss / Qoss是一个非常重要的损耗,特别是在轻负载情况下开关损耗超过导电损耗。该损耗基本与负载和Qsw无关,在选择合适MOSFET时需要连同Qsw一起予以考虑。与特定应用有关的基于损耗贡献的FOM为:

  导电损耗 (Rds(on)) + 开关损耗 (Qswitch) + 输出损耗 (Qoss)。

  高压MOSFET的Coss随着所施加的VDS的不同而有相当大的差异。该差异对高压超结功率MOSFET(图3a)比对平面式(图3b)显著更大。为说明输出电容器的非线性,可用Poss = ½ Co(er) x V2 x Fsw作为近似的损耗公式。(Co(er)是等效电容,它和Coss具有相同的损耗,而通常Coss包含于规格书中)。需要指出的是,与输出电容相关的损耗(在任何高压拓扑中都是总损耗公式的一个重要组成部分)在行业标准FOM= RDS(on) (typ) * Qg (typ) 中并未得到考虑。但它们对本分析中使用的与特定应用相关的FOM(用于器件选型)是必不可少的。

  在牢记这个要求的情况下,我们提出了一个元件列表,其中元件将在典型工作条件下实现的最高效率,以确保实现最高效的设计。每个MOSFET都有小于总转换器损耗的0.5%的目标损耗。因此对于400 W ATX电源,损耗不会超过每个器件2 W。表1说明了此类电源的假设工作条件。

  由于提供许多封装选项,所以表2列出了采用不同封装的产品的推荐最大功率额定值。


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