典型返馳式拓?fù)湓O(shè)計(jì)——實(shí)現(xiàn)最佳化電源

　　第叁，運(yùn)算一次側(cè)電感，以保持盡可能高的右半平面零點(diǎn)（RHP），因而大幅地提高閉環(huán)穿越頻率。

　　實(shí)際上，第一個標(biāo)準(zhǔn)只用于特殊情況，而選擇的磁化電感可作為變壓器尺寸、峰值電流和RHP零點(diǎn)之間的最佳折衷。

　　為了確定二次側(cè)最大紋波電流來計(jì)算一次側(cè)和二次側(cè)電感，可用以下公式計(jì)算出二次側(cè)電感（）和一次側(cè)電感（）：

　?。?）

　　公式中是開關(guān)頻率，是允許的二次側(cè)紋波電流，通常設(shè)置在約為輸出電流有效值的30-50％：

　　（9）

　　那么，等效一次側(cè)電感可從以下公式獲得：

　?。?0）

　　如前所述，一次側(cè)電感和佔(zhàn)空比會影響右半平面零點(diǎn)（RHP）。RHP增加了閉環(huán)控制特性的相位滯后，迫使最大穿越頻率不超過RHP頻率的1/4。

　　RHP是佔(zhàn)空比、負(fù)載和電感的函數(shù)，可引發(fā)和增加迴路增益，同時降低迴路相位裕度。通常的做法是確定最差情況的RHPZ頻率，并設(shè)置迴路單位增益頻率低于RHPZ的叁分之一。

　　在返馳式拓樸結(jié)構(gòu)中，運(yùn)算RHPZ的公式是：

　?。?1）

　　可以選擇一次側(cè)電感來削弱這種不良效果。

　　圖3的曲線顯示一次側(cè)電感對一次側(cè)和二次側(cè)電流和RHP零點(diǎn)的影響：隨著電感的增加紋波電流會減少，因此輸入/輸出紋波電壓和電容器大小也可能減少。但增加的電感增加了變壓器一次側(cè)二次側(cè)繞組數(shù)，同時減少了RHP零點(diǎn)。

　　圖3：典型返馳式設(shè)計(jì)一次側(cè)、二次側(cè)紋波電流、RHP零點(diǎn)與一次側(cè)電感的關(guān)係。

　　一般建議不應(yīng)使用過大的電感，以免影響整個系統(tǒng)的整體閉環(huán)性能和尺寸，以及返馳式變壓器的損耗。上述圖形和公式只在連續(xù)導(dǎo)通模式下的返馳式執(zhí)行才有效。

　　選擇功率開關(guān)MOSFET并計(jì)算其損耗

　　MOSFET的選擇基于最大應(yīng)力電壓、最大峰值輸入電流、總功率損耗、最大允許工作溫度，以及驅(qū)動器的電流驅(qū)動能力。MOSFET的源汲擊穿（Vds）必須大于：

　?。?2）

　　MOSFET的連續(xù)漏電流（Id）必須大于一次側(cè)峰值電流（公式15）。

　　除了最大額定電壓和最大額定電流，MOSFET的其他叁個重要參數(shù)是Rds（on）、閘極閾值電壓和閘極電容器。

　　開關(guān)MOSFET的損耗有叁種類型，即導(dǎo)通損耗、開關(guān)損耗和閘極電荷損耗：

　　導(dǎo)通損耗等于損耗，因此在導(dǎo)通狀態(tài)下源極和汲極之間的總電阻要盡可能最低。

　　開關(guān)損耗等于：開關(guān)時間*Vds*I*頻率。開關(guān)時間、上升時間和下降時間是MOSFET閘汲極米勒電荷Qgd、驅(qū)動器內(nèi)部電阻和閾值電壓的函數(shù)，最小閘極電壓Vgs（th）有助于電流通過MOSFET的漏源極。

　　閘極電荷損耗是由閘極電容器充電，以及隨后的每個週期對地放電引起的。閘極電荷損耗等于：頻率* Qg（tot）* Vdr

　　不幸的是，電阻最低的元件往往有較高的閘極電容器。

　　開關(guān)損耗也會受閘極電容器的影響。如果閘極驅(qū)動器對大容量電容器充電，則MOSFET需要時間進(jìn)行線性區(qū)提升，則損耗增加。上升時間越快，開關(guān)損耗越低。不幸的是，這將導(dǎo)致高頻噪音。

　　導(dǎo)通損耗不取決于頻率，它還取決于和一次側(cè)RMS電流的平方：

　?。?3）

　　在連續(xù)導(dǎo)通模式下，返馳式執(zhí)行的一次側(cè)電流看來像圖4上部所示的梯形波形。

　　Ib等于一次側(cè)峰值電流：

　　Ia是從以上的公式（5）得出的平均電流，減去一半ΔIp電流為：

　?。?6）

　　那么開關(guān)管的RMS電流可從下式得到：

　　（17）

　　或其迅速接近：

　?。?8）

　　開關(guān)損耗（）取決于轉(zhuǎn)換期間的電壓和電流、開關(guān)頻率和開關(guān)時間，如圖4所示。

　　圖4：換向期間MOSFET兩端的電流和電壓波形。

　　在導(dǎo)通期間，MOSFET兩端的電壓為輸入電壓加反映在一次側(cè)的輸出電壓，電流等于平均中間最高電流減去一半ΔIp：

　?。?9）

　　（20）

　　在關(guān)閉過程中，MOSFET兩端的電壓為輸入電壓加反映在一次側(cè)繞組的輸出電壓，再加上用于箝位的齊納箝位電壓和吸收漏電感。開關(guān)管切斷電流為一次側(cè)峰值電流。

　?。?1）

　　開關(guān)時間取決于最大閘極驅(qū)動電流和MOSFET的總閘極電荷，MOSFET寄生電容器是調(diào)節(jié)MOSFET開關(guān)時間的最重要的參數(shù)。電容器Cgs和Cgd取決于元件的幾何尺寸并與源極電壓成反比。

　　通常MOSFET製造商沒有直接提供這些電容器值，但是可以從Ciss、Coss和Crss值獲得。

　　導(dǎo)通開關(guān)時間可以使用下列公式用閘極電荷來估計(jì)：

　?。?2）

　?。?3）

　　公式中：

　　Qgd是閘漏極電荷

　　Qgs是閘源極電荷

　　是當(dāng)驅(qū)動電壓被拉升至驅(qū)動電壓時的導(dǎo)通時間驅(qū)動電阻

　　是當(dāng)驅(qū)動電壓被下拉至接地電壓時的內(nèi)部驅(qū)動電阻

　　是閘源極閾值電壓（MOSFET開始導(dǎo)通的閘極電壓）

　　緩衝器：

　　漏電感可以被看作是與變壓器的一次側(cè)電感串聯(lián)的寄生電感，其一次側(cè)電感的一部份沒有與二次側(cè)電感相互耦合。當(dāng)開關(guān)MOSFET關(guān)閉時，儲存在一次側(cè)電感中的能量透過正向偏置二極體流動到二次側(cè)和負(fù)載。儲存在漏電感中的能量則變成了開關(guān)接腳（MOSFET汲極）上巨大的電壓尖峰。漏電感可以透過短路二次側(cè)繞組來進(jìn)行測量，而一次側(cè)電感的測量通常由變壓器製造商給出。

　　耗散漏電感能量的一種常用方法是透過一個與一次側(cè)繞組并聯(lián)的齊納二極體來阻斷與之串聯(lián)的二極體實(shí)現(xiàn)的，如圖5所示。

　　（圖5：齊納箝位電路）

　　漏電感能量必須透過一個外部箝位緩衝器來耗散：

　　

　?。?4）

　　齊納電壓應(yīng)低于開關(guān)MOSFET的最大漏源電壓減去最大輸入電壓，但要高到足以在很短的時間內(nèi)耗散這一能量才可以。

　　齊納

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