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摘要：本文介紹了雙管正激變換器的工作原理與FOM，并且論述了雙管正激變換器與PFC轉(zhuǎn)換器的對比、FOM和功率耗損。 1 雙管正激變換器 雙管正激變換器非常受150 W - 750 W ATX電源 / 銀盒的歡迎，還與零電壓開關(guān) (ZVS) LLC拓?fù)浯嬖诟偁庩P(guān)系。它是一種硬開關(guān)拓?fù)淝也辉赯VS模式下工作。但正因為如此，它提供了沒有體二極管導(dǎo)通的優(yōu)點。MOSFET的輸入電壓是功率因數(shù)校正 (PFC) 變換器的輸出電壓，輸出功率 ≥ 65 W的任何電源都需要配備該(PFC)變換器。該(PFC)電壓的典型值為380 V - 400 V。在關(guān)斷期間，MOSFET會有來自泄漏感應(yīng)能量的附加電壓尖鋒，盡管是經(jīng)過快速恢復(fù)二極管箝位的。 基本工作如下：圖1a顯示了晶體管Q1和Q2，二者一起打開將能量從變壓器一次側(cè)傳送到二次側(cè)。在二次側(cè)，正向整流二極管導(dǎo)電，將能量傳送到輸出濾波器和負(fù)載。 當(dāng)晶體管Q1和Q2關(guān)斷時，變壓器勵磁電流流經(jīng)現(xiàn)在正向偏置的二極管D1和D2并流回電源，如圖1b所示。這兩個二極管持續(xù)導(dǎo)電，直至一次側(cè)的全部勵磁能量和儲存在漏電感中的能量返回輸入電源。因為二極管D1和D2負(fù)責(zé)箝制電壓尖峰于輸入電壓，所以無需緩沖電路。超出輸入電壓的任何過沖都需要以合適的電路布局加以管理，以最大限度減小雜散電感。在二次側(cè)，續(xù)流二極管如圖導(dǎo)電，將輸出感應(yīng)器能量傳送給負(fù)載。 在一次側(cè)的關(guān)斷周期內(nèi)，當(dāng)其ON時間短于OFF時間(工作周期小于50%)時實現(xiàn)的變壓器復(fù)位。換言之，一次繞組本身充當(dāng)復(fù)位繞組。OFF時間長于ON時間一定會復(fù)位變壓器。 2 雙管正激變換器與PFC轉(zhuǎn)換器的對比、FOM和功率損耗 圖2比較了雙管正激變換器與PFC前端轉(zhuǎn)換器在400 W中的功率損耗。雙開關(guān)正向轉(zhuǎn)換器中的MOSFET攜帶一半電流，并以兩倍頻率(通常為125 kHz對65 kHz )進行切換。由于這一頻率加倍，開關(guān)損耗成為整體品質(zhì)因數(shù) (FOM) 和功率損耗測量中的一個更主要因素。 為進一步加以說明，不妨考慮一個最大功率損耗為8 W的TO-220 / TO-220F器件。假設(shè)這是對PFC應(yīng)用的最優(yōu)選擇。最優(yōu)是意思是導(dǎo)通損耗為額定功率下總損耗的40 % - 50 %。這也會是雙開關(guān)轉(zhuǎn)換器的最優(yōu)解嗎?答案當(dāng)然不是。在雙開關(guān)拓?fù)渲校珻oss / Qoss和Qsw對總損耗的貢獻約為87%，其余為導(dǎo)通損耗。導(dǎo)電損耗與開關(guān)損耗之間這種不均衡對效率和成本非常不利。導(dǎo)通損耗小于單開關(guān)PFC轉(zhuǎn)換器情況的原因是，所使用的每個MOSFET具有單開關(guān)PFC電路的一半電流，同時以兩倍頻率進行切換。 任何開關(guān)電路都有兩種開關(guān)損耗。第一種由于接通和關(guān)斷期間發(fā)生的Vds x Ids交接而產(chǎn)生的損耗。這些損耗用所謂“Qsw”來衡量，它是Qgd和Qgs的組合，代表MOSFET的有效開關(guān)電荷。開關(guān)損耗是負(fù)載和開關(guān)頻率的函數(shù)。 第二種開關(guān)損耗與MOSFET輸出電容Coss的充放電有關(guān)。在ATX電源中，流行的雙開關(guān)正向轉(zhuǎn)換器緊跟具有約400 V輸入電壓。因此，輸出電容Cos開關(guān)損耗是總損耗的一大部分。器件的Coss / Qoss是一個非常重要的損耗，特別是在輕負(fù)載情況下開關(guān)損耗超過導(dǎo)電損耗。該損耗基本與負(fù)載和Qsw無關(guān)，在選擇合適MOSFET時需要連同Qsw一起予以考慮。與特定應(yīng)用有關(guān)的基于損耗貢獻的FOM為： 導(dǎo)電損耗 (Rds(on)) + 開關(guān)損耗 (Qswitch) + 輸出損耗 (Qoss)。 高壓MOSFET的Coss隨著所施加的VDS的不同而有相當(dāng)大的差異。該差異對高壓超結(jié)功率MOSFET(圖3a)比對平面式(圖3b)顯著更大。為說明輸出電容器的非線性，可用Poss = ? Co(er) x V2 x Fsw作為近似的損耗公式。(Co(er)是等效電容，它和Coss具有相同的損耗，而通常Coss包含于規(guī)格書中)。需要指出的是，與輸出電容相關(guān)的損耗(在任何高壓拓?fù)渲卸际强倱p耗公式的一個重要組成部分)在行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)FOM= RDS(on) (typ) * Qg (typ) 中并未得到考慮。但它們對本分析中使用的與特定應(yīng)用相關(guān)的FOM(用于器件選型)是必不可少的。 在牢記這個要求的情況下，我們提出了一個元件列表，其中元件將在典型工作條件下實現(xiàn)雙管正激變換器的最高效率，以確保實現(xiàn)最高效的設(shè)計。每個MOSFET都有小于總轉(zhuǎn)換器損耗的0.5%的目標(biāo)損耗。因此對于400 W ATX電源，損耗不會超過每個器件2 W。表1說明了此類電源的假設(shè)工作條件。 由于提供許多封裝選項，所以表2列出了采用不同封裝的產(chǎn)品的推薦最大功率額定值。 |
