采用反激转换器如何消除米勒效应

出处:网络整理 发布于:2020-01-04 13:57:44 | 116 次阅读

  设计电源时,工程师常常会关注与MOSFET导通损耗有关的效率下降问题。在出现较大RMS电流的情况下, 比如转换器在非连续导电模式(DCM)下工作时,若选择Rds(on)较小的MOSFET,芯片尺寸就会较大,从而输入电容也较大。也就是说,导通损耗的减小将会造成较大的输入电容和控制器较大的功耗。当开关频率提高时,问题将变得更为棘手。
 

  图1 MOSFET导通和关断时的典型栅电流
  

  图2 MOSFET中的寄生电容
  

  图3 典型MOSFET的栅电荷
  

  图4 基于专用控制器的简单QR转换器
 

  图5 ZVS技术消除米勒效应
  MOSFET导通和关断时的典型栅电流如图1所示。在导通期间,流经控制器Vcc引脚的峰值电流对Vcc充电;在关断期间,存储的电流流向芯片的接地端。如果在相应的面积上积分,即进行篿gate(t)dt,则可得到驱动晶体管的栅电荷Qg 。将其乘以开关频率Fsw,就可得到由控制器Vcc提供的平均电流。因此,控制器上的总开关功率(击穿损耗不计)为:
  Pdrv = Fsw×Qg×Vcc (1)
  如果使用开关速度为100kHz的12V控制器驱动栅电荷为100nC的MOSFET,驱动器的功耗即为100nC×100kHz×12V=10mA×12V=120mW。
  MOSFET的物理结构中有多种寄生单元,其中电容的作用十分关键,如图2所示。产品数据表中的三个参数采取如下定义:当源-漏极短路时,令Ciss = Cgs + Cgd;当栅-源极短路时,令Coss = Cds + Cgd;Crss = Cgd。
  驱动器实际为栅-源极连接。当斜率为dt 的电压V施加到电容C上时(如驱动器的输出电压),将会增大电容内的电流:
  I=C×dV/dt (2)
  因此,向MOSFET施加电压时,将产生输入电流Igate = I1 + I2,如图2所示。在右侧电压节点上利用式(2),可得到:
  I1=Cgd×d(Vgs-Vds)/dt=Cgd×(dVgs/dt-dVds/dt) (3)I2=Cgs×d(Vgs/dt) (4)如果在MOSFET上施加栅-源电压Vgs,其漏-源电压Vds 就会下降(即使是呈非线性下降)。因此,可以将连接这两个电压的负增益定义为:
  Av=-dVds/dVgs (5)
  将式(5)代入式(3)和式(4)中,并分解 dVgs/dt,可得:
  I1=Cgd×dVgs/dt×(1-dVds/dVgs)=Cgd×dVgs/dt×(1-Av) (6)在转换(导通或关断)过程中,栅-源极的总等效电容Ceq为:
  Igate=(Cgd×(1-Av)+Cgs)×dVgs/dt=Ceq×dVgs/dt (7)式中(1-Av)这一项被称作米勒效应,它描述了电子器件中输出和输入之间的电容反馈。当栅-漏电压接近于零时,将会产生米勒效应。典型功率MOSFET的栅电荷如图3所示,该图通过用恒定电流对栅极充电并对栅-源电压进行观察而得。根据式(6),当Ciss突然增大时,电流持续流过。但由于电容急剧增加,而相应的电压升高dVgs却严重受限,因此电压斜率几乎为零,如图3中的平坦区域所示。
  图3也显示出降低在转换期间Vds(t)开始下降时的点的位置,有助于减少平坦区域效应。Vds=100V时的平坦区域宽度要比Vds=400V时窄,曲线下方的面积也随之减小。因此,如果能在Vds等于零时将MOSFET导通,即利用ZVS技术,就不会产生米勒效应。
  在准谐振模式(QR)中采用反激转换器是消除米勒效应较经济的方法, 它无需在下一个时钟周期内使开关处于导通状态,只要等漏极上的自然振荡将电压逐渐降至接近于零。与此同时,通过专用引脚可以检测到控制器再次启动了晶体管。通过在开关打开处反射的足够的反激电压(N×[Vout+Vf]),即可实现ZVS操作,这通常需要800V(通用范围)的高压MOSFET。基于安森美的NCP1207的QR转换器如图4所示,它可以直接使用高压电源供电。该转换器在ZVS下工作时的栅-源电压和漏极波形如图5所示。
  总之,如果需要Qg较大的MOSFET,最好使反激转换器在ZVS下工作,这样可以减少平均驱动电流带来的不利影响。这一技术也广泛应用于谐振转换器中。
0次
关键词:转换器

版权与免责声明

凡本网注明“出处:维库电子市场网”的所有作品,版权均属于维库电子市场网,转载请必须注明维库电子市场网,http://www.dzsc.com,违反者本网将追究相关法律责任。

本网转载并注明自其它出处的作品,目的在于传递更多信息,并不代表本网赞同其观点或证实其内容的真实性,不承担此类作品侵权行为的直接责任及连带责任。其他媒体、网站或个人从本网转载时,必须保留本网注明的作品出处,并自负版权等法律责任。

如涉及作品内容、版权等问题,请在作品发表之日起一周内与本网联系,否则视为放弃相关权利。

在线人工客服

买家服务:
卖家服务:

0571-85317607

客服在线时间周一至周五
9:00-17:30

关注官方微信号,
第一时间获取资讯。

建议反馈

非常感谢您使用维库电子市场网,欢迎向阿库提出宝贵的意见。您的参与是维库提升服务的动力!意见一经采纳,就有感恩红包奉上哦!

联系人:

联系方式:

建议或问题:

按住滑块,拖拽到最右边
>>