零壓開關(ZVS)相移轉換器被廣泛用於滿足電源應用市場，比如電信電源
、主機計算機-服fu務wu器qi以yi及ji高gao功gong率lv密mi度du和he高gao效xiao率lv是shi必bi需xu的de任ren何he應ying用yong。為wei了le達da到dao這zhe個ge目mu標biao，我wo們men必bi須xu最zui大da限xian度du地di減jian小xiao功gong率lv損sun失shi和he電dian抗kang值zhi，這zhe可ke以yi通tong過guo提ti高gao轉zhuan換huan器qi的de開kai關guan頻pin率lv來lai實shi現xian。高gao開kai關guan頻pin率lv意yi味wei著zhe更geng多duo的de開kai關guan損sun失shi
，這zhe與yu效xiao率lv目mu標biao背bei道dao而er馳chi。采cai用yongZVS或零電流開關(ZCS)轉換器的拓撲是可行的解決方案。這種技術可以保證開關中的電壓或電流在轉換之前是零，特別是ZVS能夠保證開關器件在導通之前器件上的電壓為零，從而避免開關電流和電壓的同時疊加引起的任何功率損失。

 

諸如帶線性控製的恒頻工作、在電源電路中集成雜散元件、低電磁幹擾等好處與複雜的相位控製器、整流器上的振鈴和過衝、輕(qing)負(fu)載(zai)時(shi)軟(ruan)開(kai)關(guan)的(de)損(sun)耗(hao)等(deng)缺(que)點(dian)是(shi)背(bei)道(dao)而(er)馳(chi)的(de)。最(zui)近(jin)
，複(fu)雜(za)控(kong)製(zhi)器(qi)的(de)問(wen)題(ti)通(tong)過(guo)引(yin)入(ru)集(ji)成(cheng)控(kong)製(zhi)器(qi)得(de)到(dao)了(le)減(jian)輕(qing)，而(er)精(jing)選(xuan)的(de)開(kai)關(guan)也(ye)為(wei)輕(qing)負(fu)載(zai)條(tiao)件(jian)提(ti)供(gong)了(le)解(jie)決(jue)方(fang)案(an)。轉(zhuan)換(huan)器(qi)中(zhong)使(shi)用(yong)的(de)MOSFET的一些電氣特性可以幫助係統降低故障風險。本文將介紹風險最有可能發生的操作順序。

 

 

相移轉換器的基本電路由4個開關組成：每條“腿”兩個。根據工作模式，一條腿上的開關轉換總是在另一條腿之前發生。第一條腿通常被命名為“前腿”，另一條腿被命名為“後腿”。在圖1中，前腿由開關Q1和Q2組成
，後腿由Q3和Q4組成。

 

圖1：相移零電壓開關全橋電路。

 

對dui功gong率lv的de控kong製zhi是shi通tong過guo設she置zhi兩liang個ge相xiang位wei之zhi間jian的de轉zhuan移yi時shi間jian實shi現xian的de，具ju體ti地di說shuo，短duan時shi間jian用yong於yu提ti供gong大da功gong率lv，長chang時shi間jian用yong於yu提ti供gong小xiao功gong率lv。這zhe種zhong技ji術shu允yun許xu控kong製zhi電dian源yuan相xiang位wei。

 

圖2：交換順序。

 

研究圖2所示的信號順序就很容易理解Q3和Q4位置的器件在另外兩個器件完成轉換之後才改變它們的狀態。換句話說，“前腿”中的器件Q3和Q4從通到斷或從斷到通的轉換要先於器件Q1和Q2完成。基於這樣的開關順序

，“前腿”中的器件將處於“後腿”看不見的自由相位狀態。表1對這個開關順序進行了總結。

 

表1：開關順序總結。

 

這種控製技術可以減少開關損耗，因為整個工作過程是有管理的，隻有當器件上的電壓為零時才會發生從斷到通的轉換。圖3顯示了相移(P-S)零電壓開關轉換器上的典型波形。

 

圖3：P-S ZVS FB DC/DC轉換器中的典型波形。

 

正如圖3中強調的那樣
，如果重點關注Q4信號特別是它的電流，我們可以發現它由兩部分組成。在第一部分中
，從源極到漏極流經器件的電流被溝道和體二極管共享；在第二部分中
，電流隻在MOSFET溝道中從漏極流到源極。變壓器上的電壓一旦改變極性，電流就會發生反向。發揮這個順序的優勢

，後腿器件Q2在這個相位期間進行開關，當其電壓等於零時開始導通，從而實現ZVS轉換。

 

必須特別注意Q4器件中的電流。當它的電流反向時
，所施加的電壓是低電壓。由於電流由兩部分組成
，消除體二極管中的少數載流子的持續時間(trr)與yu典dian型xing測ce試shi相xiang比bi是shi較jiao短duan的de。集ji中zhong的de少shao數shu載zai流liu子zi主zhu要yao鏈lian接jie到dao重zhong組zu期qi間jian。基ji於yu這zhe個ge理li由you，通tong常chang針zhen對dui這zhe種zhong拓tuo撲pu推tui薦jian使shi用yong具ju有you快kuai速su恢hui複fu時shi間jian的de器qi件jian。下xia一yi節jie介jie紹shao由you於yu這zhe方fang麵mian的de原yuan因yin可ke能neng引yin起qi的de故gu障zhang風feng險xian。

 

 

正如前文所述，在ZVS轉換期間
，MOSFET Q4deneibutierjiguancanyudaolegongzuozhong
，qidaotongshijianbeifuzaidianpingsuoguding。weiletiaojiefasongdegonglv
，liangtuizhijiandezhuanyishijianshikebiande
，yincitierjiguandaotongshijianjiangcongdagonglvshideduanshijiangaibiandaoqingfuzaishideduanshijian。

 

圖4：重負載時的典型波形。

 

圖5：輕負載時的典型波形。

 

如果我們比較這兩種情況可以清楚地發現，在圖5所示的輕負載情況下，重組可用的時間要比圖4所(suo)示(shi)情(qing)況(kuang)短(duan)，甚(shen)至(zhi)可(ke)能(neng)小(xiao)於(yu)完(wan)成(cheng)整(zheng)個(ge)操(cao)作(zuo)所(suo)需(xu)的(de)時(shi)間(jian)。對(dui)這(zhe)一(yi)瞬(shun)間(jian)重(zhong)點(dian)觀(guan)察(cha)可(ke)以(yi)發(fa)現(xian)，輕(qing)負(fu)載(zai)條(tiao)件(jian)代(dai)表(biao)了(le)針(zhen)對(dui)這(zhe)類(lei)風(feng)險(xian)最(zui)重(zhong)要(yao)的(de)工(gong)作(zuo)條(tiao)件(jian)。

 

從圖6keyikandao，hongsexuxianxianshideshibutongdehuifushijian，bingyinweishiyongbushidangdeqijiandaozhideqianzaifengxian。santiaobutongdexianmonilesanzhongbutongdehuifushijian。qizhongliangtiaoxiandaibiaoanquandeqingkuang，disantiaoxianshikenengfashengguzhangdeqingkuang。zaizuihouyizhongqingkuangzhong，keyongshijianbuzuyiwanquanhuifuMOSFET中的少數載流子。

 

圖6：前腿器件中的典型波形。

 

為了減少由於這種電氣應力造成的故障風險，需要選用具有低trr和Qrr參數的MOSFET器件。有多種矽片技術可以用來解決ZVS拓撲中發生的上述故障模式，而且也有多款MOSFET器件具有快速反向恢複時間和較好的dv/dt耐用性，非常適合較高頻率的ZVS全橋應用。這種選擇通常也被SMPS製造商用來提高他們係統的可靠性。

 

圖6顯示了位於“前腿”的器件上的電流波形。相同的分析也可以應用於“後腿”器件。至於“前腿”中的器件
，“後腿”器件中的導通相位包括了它們內部體二極管的恢複操作。在這種情況下
，如果所選的器件與“前腿”相同
，那麼就看不出什麼問題(圖7)

，因為與前一種情況相比此時有更多的時間用於恢複相位。

 

圖7：後腿器件上的典型波形。

 

 

本文介紹了MOSFET器件用於相移ZVS轉zhuan換huan器qi時shi可ke能neng產chan生sheng的de潛qian在zai風feng險xian。通tong過guo分fen析xi這zhe種zhong特te定ding拓tuo撲pu的de轉zhuan換huan順shun序xu
，文wen章zhang著zhe重zhong強qiang調tiao了le可ke能neng發fa生sheng故gu障zhang處chu的de關guan鍵jian工gong作zuo，並bing且qie指zhi出chu拓tuo撲pu中zhong的de位wei置zhi對dui電dian氣qi應ying力li更geng加jia敏min感gan。由you於yu工gong作zuo順shun序xu的de原yuan因yin，將jiang該gai拓tuo撲pu分fen成cheng標biao記ji為wei“前腿”和“後腿”的兩個部分。文章對MOSFET的一些電氣特性進行了研究
，並形成了器件選擇依據。器件必須考慮“前腿”要求的trr和Qrr約束條件。正確的選擇可以提高係統的可靠性，降低故障風險，進而獲得堅實耐用的設計。

 

文章來源於電子技術設計。