3.4 基于氮化镓和硅管的有源嵌位反激变换器的比较 (4)

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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 第四章 今天的主要内容介绍 为了提高轻载的效率 有源钳位反激在轻载时候的控制策略 在左边这张图中显示了 在整个输入电压范围内 当用同步整流代替二极管时 有 2.5 个点的提升 而在基于硅管的 ACF 采用同步整流 而在基于硅管的 ACF 采用同步整流 没有这么大的效率的提升 尽管如此较低的 RDS(ON) 并不意味着效率的提升 例如当采用 16 毫欧和 36 毫欧时 效率基本一样 这说明 RDS(ON) 减小所带来的效率的提升 被其它额外的损耗给抵消了 首先较低的 RDS(ON) 首先较低的 RDS(ON) 意味着较大的容性的负载 意味着较大的容性的负载 较高的峰峰值励磁电流 带来了磁芯的损耗增加 另外较小的 RDS(ON) 通常意味着比较大的 Qg 通常意味着比较大的 Qg 意味着较大的驱动损耗 另外 ACF 的轻载效率 也受结电容的非线性影响敏感 对于传统的峰值电流模式控制 随着负载电流的减小 为了调制输出电压 原边峰值电流也在减小 为了调制输出电压 原边峰值电流也在减小 但在这时候 如果想保持励磁电流不变 如果正的峰值电流 和负的峰值电流的比例差不多的时候 变压器的效率会非常低 这是因为 正的峰值电流传递有功能量到输出 而负的励磁能量储存是为了得到零电压开通 对于基于硅管的 ACF 由于电容的非线性 电流比较大 特别在高压输入时 所以对于轻载的效率影响非常大 左边这张图的测试结果显示 在半载和四分之一载时 有高达 7.25 个点的损失 而对于基于氮化镓ACF 由于结电容非常小 电流比基于硅管的负电流要小 所以可以看到 氮化镓在半载和四分之一载时 效率大约 2.6 个点的减小 所以对于轻载模式的控制方法非常重要 理论上一个规则是 保持较大的正电流和负电流的比例 这样就可以达到比较高的一个效率 问题是如何来控制输出电压呢 因此为了达到既可以调制输出电压 又可以保持较高的一个效率 也就是保持较高的峰值电流与负电流的比例 控制方法如右图所示 第一个脉冲打开下管 使自举的电容充电为了给高边的驱动供电 第二个下管的驱动在开关节点电压降到谷底时开通 由于上管也使能 接下来的脉冲都是工作在 ZVS 而且最后一个脉冲的上管关断 是为了避免产生不必要的负电流 输出电压的调制是基于跳频的关断时间 因为在跳频的时候的能量是固定的 因为在跳频的时候的能量是固定的 例如选择一个比较合理的 峰值电流和负电流的比例值 在最后一个跳频脉冲结束后 在最后一个跳频脉冲结束后 上管和下管完全关断 变换器不提供任何能量到输出 随着负载减轻 跳频的关断时间变长 由于保持了较高的峰值电流和负电流的比例值 所以轻载效率可以大幅度地提高 右边这张图显示了 200V 输入时 30W 设计 相比较传统的峰值电流控制 四分之一载时效率提升了 2.4 个点 另外一个优点是限制了开关频率的变化 由临界模式的运行原理可以知道 随着峰值电流伴随着负载电流减小 开关频率变化显示满载时 330kHz 四分之一载时高达 600kHz 四分之一载时高达 600kHz 所以这不仅给 MOS 驱动带来很大挑战 而且也增加了开关损耗 在半载时设计为跳频模式 在半载时设计为跳频模式 固定的峰值电流限制了开关频率的变化范围 这里假设跳频中脉冲的个数位 NSW 下面这张图测试结果显示 随着 NSW 的增加 效率变高 尽管如此 较多的脉冲 意味着较高的输出电压的纹波 像上面中间这张图所示 这个公式来估计频率变化和输出负载 以及 NSW 的数目的关系 IOUT(BUR) 是预先设定的 进入跳频模式的负载点 进入跳频模式的负载点 IOUT 是低于 IOUT(BUR) 负载的比例 举个例子 如果跳频模式点选在半载 当工作在四分之一载时 这两个参数比值即为 0.5 换句话说 当负载减小时 fBUR 频率减小 而对于 NSW 越高跳频频率越降低 而对于 NSW 越高跳频频率越降低 有源钳位反激控制方法如左图所示 在右面重载时随着负载减小 峰值励磁电流也减小 所以开关频率会相应地提高 这段区域定义为幅值控制 输出电压的纹波的最大值在满载的时候 当峰值励磁电流下降到 预设定的跳频模式点的时候 跳频模式钳位开关频率和峰值电流 然后跳频的频率随着负载减小频率减小 这里设计需要注意 跳频的频率有可能进入音频范围内 变压器能产生噪音 另外如果跳频的脉冲的数量选择不合适 这就需要增加更多的输出电容来满足纹波的需要 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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