最高能效,最低成本: BC2
這個創(chuàng)新的電路[1]是按照軟開關(guān)標準設(shè)計的,如圖4所示,為恢復(fù)小線圈L貯存的電能,在升壓線圈LB 附近新增兩個二極管 D1和D2 和兩個輔助線圈NS1和NS2 。
圖4:新型能量恢復(fù)電路:BC2
2.1. 概念描述
當晶體管導(dǎo)通時,線圈NS1 在主升壓線圈內(nèi)恢復(fù)升壓二極管DB的反向恢復(fù)電流IRM 。因為交流輸入電壓調(diào)制LB 電壓,所以它也調(diào)制NS1上的反射電壓。此外,這個輸入電壓還調(diào)制升壓二極管電流IDB及其相關(guān)的反向恢復(fù)電流IRM。這些綜合調(diào)制過程讓流經(jīng)小線圈L的額外的反向恢復(fù)電流 IRM 在線圈NS1 內(nèi)重置,即便在最惡劣的情況下也是如此。當晶體管關(guān)斷時,輔助線圈NS2把小線圈L的額外電流注入到輸出電容。線圈NS2 上的反射電壓與輸入電壓是一種函數(shù)關(guān)系,當交流線處于低壓時,反射電壓達到最大值,與小線圈L的最大電流值對應(yīng)。這些綜合變化使流經(jīng)小線圈L的電流通過二極管D2 消失在體電容內(nèi),即便在最惡劣的情況下也是如此。當dI/dt 斜率(大約10 A/μs)較低時,例如,在開關(guān)轉(zhuǎn)換器的斷續(xù)模式下,這兩個附加線圈NS1和NS2 用于關(guān)斷二極管D1 和D2; 二極管的反向恢復(fù)電流不會影響電路特性。我們可以說,這個概念“在電路內(nèi)回收電流”,因此稱之為BC2。
2.2. 相位時序描述
變壓比m1 和m2 是線圈NS1和NS2 分別與NP的比值。
相位 [ t0前]
在t0前,BC2電路的特性與傳統(tǒng)升壓轉(zhuǎn)換器的特性相同。升壓二極管DB 導(dǎo)通,通過體電容器發(fā)射主線圈能量。
相位 [t0, t1]
在t0時,功率MOSFET導(dǎo)通,DB 的電流等于I0。在t0+時,電流軟開關(guān)啟動,即在零電流時,功率MOSFET的電壓降至0V,無開關(guān)損耗。在t0后,流經(jīng)小線圈L的電流線性升高,達到輸入電流I0和二極管反向恢復(fù)電流IRM的總合為止,而流經(jīng)DB 的電流線性降至-IRM。
圖5 真實地描述了這些電流的變化,并考慮到了m2 變壓比。下面是晶體管TR和升壓二極管DB的dI/dt簡化表達式 :
此外,在t0 +時,功率MOSFET的固有電容COSS 被放電,電阻是晶體管的導(dǎo)通電阻RDS(on)。與功率校正電路不同,晶體管漏極上的電壓較低,因為VNS2反射電壓是從VOUT抽取的,這個特性讓BC2 電路具有一個優(yōu)點,在低輸出負荷時,可以節(jié)省電能,利用下面的公式可以算出節(jié)省的電能:
因此,BC2 還降低了關(guān)斷損耗。
相位[t1, t2]
在t1+時,升壓二極管DB 關(guān)斷,過流IRM被貯存小線圈內(nèi),過流使DB 結(jié)電容線性放電。同時,主線圈上的電壓極性發(fā)生變化,直到D1 二極管導(dǎo)通為止。與此同時,過流IRM 被變壓比m1降低,然后被發(fā)射到主線圈內(nèi)。
圖5:每相的等效時序
圖6:每相的等效電路
因此,流經(jīng)NS1的電流有助于給內(nèi)部線圈LB放電,同時交流電源電壓給線圈Np 施加偏壓。因為根據(jù)下面公式計算的反射電壓VNS1的原因,流經(jīng)D1 的電流IRM 降至0 A。
為保證斷續(xù)模式下的軟開關(guān)操作,流經(jīng)D1的電流在t3前達到0 A。因為當正弦周期內(nèi)的Vmains電壓達到最高值時,IRM電流達到最高值,所以tD1_ON 時間趨勢支持功率因數(shù)校正應(yīng)用/此外,為消除二極管D1 的反向恢復(fù)電流效應(yīng),因為反射電壓VNS1低的原因,必須使dI/dt_D1 總是保持低斜率,通過下面公式計算dI/dt_D1:
不幸地是,在這個相位期間,升壓二極管DB被施加一個高反向電壓:
這個特性要求這種應(yīng)用增加一個二極管,為此,意法半導(dǎo)體開發(fā)出一個優(yōu)化的二極管,使IRM 電流值與擊穿電壓達到精確平衡。
相位[t2, t3]
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