3.2 基于氮化镓和硅管的有源嵌位反激变换器的比较 (2)

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大家好 我是德州仪器的系统工程师 David 今天非常高兴和大家一块分享 基于氮化镓和硅管的有源钳位反激变换器的比较 第二章 今天的主要内容是介绍 有源钳位反激工作原理 那么我们首先来看有源钳位反激工作原理 这张图把有源钳位反激工作分为七个区域 在第一个区域里下管开通 所以输入电容的电压 连到变压器的励磁电感两端 励磁电流线性增加储存能量 在第二个区域里 上管和下管都处在关断状态 励磁电流给下管的结电容充电 给上管的结电容以及 副边同步整流的结电容放电 因此直到开关节点的电压 上升到一个高电压之前 可以看到下管的电流下降 而钳位电流和同步整流的电流增加 而钳位电流和同步整流的电流增加 在第三个区域里 高边的驱动信号还没有出现 所以励磁电流 首先通过高边的二极管给钳位电容充电 在第四个区域里 高边的管子开通 输出电压的反射电压开始给励磁电感去磁 所以励磁电流减小 励磁电感释放能量到输出 同时钳位电容漏感谐振吸收能量 钳位电流为正向 在第五个区域里钳位电流反向 而且副边同步整流变高 在第五个区域里钳位电流为反向 而且副边同步整流电流变高 说明励磁能量和漏感能量一起传递到输出 在第六个区域里谐振完成 副边二极管自然关断 所以输出电压不再给励磁电感去磁 这个时候因为上管仍然开通 钳位电容继续给励磁电感去磁 所以在上管关断前 励磁电流保持反向 最后一个区域在上管关断后 负向电流开始给下管的结电容放电 同时给上管的结电容充电 所以开关节点的电压从高电平降到零 最后继续返回第一个区域 下管在接近零伏电压开通 实现零电压开通 从能量的角度看 ZVS 的条件是这个公式 由器件的特性知道 由器件的特性知道 氮化镓比硅管的结电容小得多 例如 RDS(ON) 大约在五六百毫欧时 氮化镓的结电容比硅管的结电容小三倍 因为这样 所以氮化镓ACF 有较小的峰峰值 磁芯损耗 较小的有效值电流 较低的绕组和上管的通态损耗 左图显示了副边用二极管整流 原边分别是氮化镓和硅管 结果显示峰峰值和有效值减小了 22% 这种结果表现出来 不仅仅是因为结电容的幅值 而且是因为结电容的非线性 例如右图所示 对于氮化镓 VDS 在 20V 到 400V 时 电容变化不大 当 RDS(ON) 减小 对于硅管 VDS 小于 20V 的结电容 是 400V 结电容的 100 倍 另外随着 RDS(ON) 减小 20V 的结电容是 400V 结电容的 300 倍 因此如何理解结电容非线性影响 以及如何减小这种影响变得非常重要 当开关节点的电压被负电流放电 从高到低较小时 由结电容的非线性 对开关节点的电压下降的斜率有很大的影响 从右图中可以看到 氮化镓的结电容非线性较小 所以下降的斜率接近线性 而对于硅管的下降斜率有两段不同 开始和结束斜率比较小 中间的斜率比较大 上端的平坦区域 主要由上管的较大的结电容 以及输出整流管的结电容影响 下端的区域主要由下管的较高的结电容的影响 这种非线性对系统的影响主要有两点 首先是硅管需要的死区时间比氮化镓更多 这样导致较多的占空比的损失 同时也限制了开关频率 其次是硅管的有源钳位反激需要更多的负电流 来克服这两块结电容较大的区域 谢谢大家
课程介绍 共计5课时,30分41秒

2018 PSDS 研讨会系列 - (3) 基于氮化镓和硅管的有源嵌位反激变换器的比较

氮化镓 反激变换器 2018 PSDS 研讨会系列 有源嵌位

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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