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降低准谐振电源转换器中的开关误差

2020-01-20 15:40:57 John Dunn 阅读:
我以前研究了一种准谐振电源转换器,它包含一对推挽式功率MOSFET,二者以寻常的交替方式导通和关断。如果初级绕组的两半完全相同,则它们的漏感也完全相同,并且两个电流的波形也完全相同但相位相反。美中不足的是,初级绕组的两半并不完全相同,它们的漏电感也就有些许不同,从而会导致开关误差。

我以前研究了一种准谐振电源转换器,其极简化的形式如图1所示。pmWednc

图1:准谐振推挽逆变器的简化设计。pmWednc

这个电路中有一对推挽式功率MOSFET,它们以寻常的交替方式导通和关断,当每个管子导通时,其漏源电流Ids将再次沿着正弦曲线上升和下降。这个曲线的轮廓由C1与电路净电感的串联谐振所设定,这个净电感等于L1、L1次级绕组的漏电感,以及初级绕组任一侧工作在该半周期时的漏电感之和。pmWednc

该波形轮廓是由于LC谐振所产生,但因为涉及开关事件,所以该过程实际上是准谐振的。pmWednc

如果初级绕组的两半完全相同,则它们的漏感也将完全相同,并且尽管两个电流i1和i2的相位差为180°,但它们的波形也将完全相同(图2)。如果谐振恰好如此,则每个MOSFET都会在该MOSFET的Ids降回到零的那一刻关断。pmWednc

图2:理想的准谐振开关波形。pmWednc

美中不足的是,初级绕组的两个半部分并不完全相同。从它们的构造方式来看,它们的漏电感有些许不同,从而会导致开关误差,如图3所示。pmWednc

图3:漏感不一致引起开关误差。pmWednc

如果漏感大于标称值,那么当该侧的MOSFET与i1一样被关断时,Ids可能还不会降到零。另一方面,如果漏感小于标称值,则Ids不仅会达到零,而且会开始朝相反的方向流动,直到MOSFET与i2一样被关断。pmWednc

在我们的实际设备中可以稍微调整驱动频率,使电路的一侧表现“完美”,但另一侧却会带来很大的“开关误差”。试图在双方之间达成折衷这种方式也不够好。pmWednc

我们最开始的C1是0.068µF,目标LC谐振是100kHz。根据标准的谐振方程,上述电感之和为37.25µH(这也就决定了T1的匝数比),其中大部分是L1提供,但是开关不平衡和由此产生的开关误差可能过于严重。pmWednc

因此,我们将C1的值从0.068µF下调到0.022µF,相应地,目标电感值上升到115.1µH。这样,L1的电感就适当增大,并得到图4的结果。pmWednc

图4:调整电容电感值减少了开关误差。pmWednc

因为T1初级线圈的两半部分总会有少许不平衡,所以我们永远无法完全消除开关误差。但是,我们能够将这些开关误差减小到可以容忍的小水平。pmWednc

John Dunn是一名电子顾问,他毕业于布鲁克林理工学院(BSEE)和纽约大学(MSEE)。pmWednc

(原文刊登于EDN美国版,参考链接:Reduce switching errors in a quasi-resonant power converterpmWednc

本文为《电子技术设计》2020年2月刊杂志文章,版权所有,禁止转载。免费杂志订阅申请点击这里pmWednc

本文为电子技术设计原创文章,未经授权禁止转载。请尊重知识产权,违者本司保留追究责任的权利。
John Dunn
John Dunn是资深电子顾问,毕业于布鲁克林理工学院(BSEE)和纽约大学(MSEE)。
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