准谐振反激式电源设计之探讨(05-100)

 

　　图2 变压器的寄生电容

　　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。

　　图3 硬开关反激式转换器

　　准谐振反激式设计的实现

　　如果不用固定的时钟来初始化导通时间，而利用检测电路来有效地“感测”MOSFET (VDS) 漏源电压的第一个最小值或谷值，并仅在这时启动MOSFET导通时间，情况又会如何?结果会是由于寄生电容被充电到最小电压，导通的电流尖峰将会最小化。这情况常被称为谷值开关 (Valley Switching) 或准谐振开关。在某些条件下，设计人员甚至可能获得零电压开关 (ZVS)，即当MOSFET被激活时没有漏源电压。在这情况下，由于寄生电容没有充电，因此电流尖峰不会出现。这种电源本身是由线路/荷载条件决定的可变频率系统。换言之，调节是通过改变电源的工作频率来进行，不管当时负载或线路电压是多少，MOSFET始终保持在谷底的时候导通。这类型的工作介于连续 (CCM) 和间断条件模式 (DCM) 之间。因此，以这种模式工作的转换器被称作在边界条件模式 (BCM) 下工作。

　　图4 MOSFET漏-源电压

　　准谐振或谷值开关的优势

　　在反激式电源设计中采用准谐振或谷值开关方案有着若干优势。

　　降低导通损耗

　　这种设计为设计人员提供了较低的导通损耗。由于FET转换具有最小的漏源电压，在某些情况下甚至为零，故可以减小甚至消除导通电流尖峰。这减轻了MOSFET的压力以及电源的EMI。

　　降低关断损耗

　　准谐振也意味着更小的关断损耗。由于规定FET会在谷值处进行转换，在某些情况下，可能会增加额外的漏源电容，以减低漏源电压的上升速度。较慢的漏源电压上升时间会减少FET关断时漏级电流和漏源电压之间的电压/电流交迭，使到MOSFET的功耗更少，从而降低其温度及增强其可靠性。

　　减少EMI

　　导通电流尖峰的减小或消除以及较慢的漏源电压上升速度都会减少EMI。一般而言，这就允许减少EMI滤波器的使用数量，从而降低电源成本。

　　结语

　　降低成本和增加可靠性永远都是电源设计人员的目标。利用准谐振技术可以协助设计人员实现这些目标。准谐振或谷底开关能减轻MOSFET的压力，从而提高其可靠性。利用准谐振技术，由于波形的谐波含量降低，电源的EMI因此得以减少