1.7 寄生参数的影响及谐振变换器选型指导

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下面介绍谐振电路里面 可能存在的寄生参数带来的影响 在谐振变换器中有很多寄生参数 会影响谐振变换器的运行 比如理想情况下 变压器的励磁电感无穷大 没有漏感 只是用来提供一定的匝比以及电气隔离 像这个样子 但实际情况是 变压器的励磁电感不可能无穷大 而且由于不能完全耦合 还有相应的漏感 以一个 LCC 为例 这个图是理想情况下 得到的增益曲线 就是变压器不考虑漏感 和励磁电感带来的影响 右边这个图是考虑了变压器的寄生参数 所得到的增益曲线 可见变压器的励磁电感漏感 变换器来说造成的影响不可忽视 另外变压器它的匝间电容 也会对我们变换器的运行造成影响 尤其是在死区时间和软开关方面的影响 这里是一个 LLC 在死区时间内 对 MOS 管输出电容放电的模型 考虑了 CTS 之后 它的放电时间会变得更长 如果 CTS 太大 还有可能因为死区时间不够 而影响软开关的实现 如果你的谐振变换器是工作在高频 由于谐振电容和谐振电感都比较小 在死区时间内 你可能会看到一些高频的振荡 之前提到过 一兆赫兹的 LLC 谐振变换器设计为例 这种高频振荡可能会造成额外的损耗 以及产生更多的干扰 通常这个振荡 是跟 MOS 管的输出电容 变压器的寄生电容息息相关的 减少这些电容能够很好的改善 这些问题获得更好的性能 总之这些元件的寄生参数 都是我们在设计中必须考虑的问题 除了上面提到的寄生参数以外 另外一个关键的寄生参数是 MOS 管的 寄生二极管的反向恢复电荷 众所周知 二极管在关断的时候有反向恢复的问题 需要一个反向电流 将二极管上面的反向恢复电荷放掉 在某些情况下 比如负载动态跳变的时候 二极管可能没有足够的电流 来实现完全的反向恢复 而这部分电荷会在下一个开关周期 导致 MOS 管硬开关 从而有可能损坏 MOS 管 为了减小反向恢复的问题 我们需要尽量减小 MOS 管 体二极管的导通时间 还有减慢 MOS 管关断的速度 来减小 MOS 管体二极管的反向恢复电流 当然我们也可以采取更简单的办法 采用 GaN FET 作为开关管 因为 GaN 没有反向恢复的问题 而且它的输出电容也很小 这张图对比了 TI 的 GaN FET LMG3410 和超结 MOS 管的输出电容 蓝色的曲线是 GaN FET 的输出电容 随电压变化的一个曲线 可以看到其输出电容 明显低于超结 MOS 的输出电容 并且电容量随电压的变化也更加线性 实际上 MOS 管的输出电容 会随漏源极的电压发生变化而变化 所以在死区时间内 对 MOS 管放电更准确的表达式是这个 实际上它跟 COSS 曲线所包围的面积 是成正比的 所以说 GaN FET 这种特性 有助于减小我们的死区时间 讲了这么多 大家可能对于如何选择谐振变换器 还是一头雾水 那么我们就通过下面几条简单的规则 来帮助大家选择合适的谐振拓扑 这个表格总结了 我们前面提到的几个关键拓扑 包括串联谐振并联谐振 LLC LCC CLL 从这个表格中 我们可以看出几点 首先相比三元谐振拓扑 二元谐振拓扑的频率范围会更宽一点 其次如果在谐振腔里面的电容越多 频率变化范围也就越窄 而且增益越高 当然如果谐振元件越多 变换器的效率肯定越低 另外 LLC 和 CLL 可以实现原边的 零电压导通和副边整流管的零电流关断 最后我们来总结今天所讲的一些内容 我们首先了解了谐振变换器的基本原理 拓扑 分析方法以及实现软开关的必要条件 然后我们介绍了 谐振变换器在不同场景下的应用 并用一个新的结构 CLL 介绍了如何改进谐振变换器的一个例子 此外我们还探讨了 谐振变换器设计中存在的挑战 以及需要注意的问题 最后我们对比了前面提到过的 关键谐振拓扑 来帮助大家更好的选择 至于前面提到过的相关的参考设计 大家可以在 TI 的官网上找到 谢谢大家
课程介绍 共计7课时,34分56秒

2018 PSDS 研讨会系列 - (1) 谐振变换器拓扑综述

变换器 2018 PSDS 研讨会系列 谐振

从2元和3元谐振拓扑基础开始,本课程将介绍谐振拓扑的关键特性,分析方法,控制挑战和设计考虑事项。 三个设计实例展示了具有高开关频率(〜1 MHz)或宽输出电压调节范围(2至1个输出电压调节水平)的谐振拓扑性能。 本次会议还介绍了一种新型谐振拓扑结构CLL谐振转换器,与传统的LLC串联谐振转换器相比具有尺寸和效率的优势。 最后,本课程为如何为各种应用选择最佳谐振拓扑提供指导。
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