使用SiC-MOSFET的隔離型準(zhǔn)諧振轉(zhuǎn)換器的設(shè)計(jì)案例 小結(jié)

此前共用19個篇幅介紹了“使用SiC-MOSFET的隔離型準(zhǔn)諧振轉(zhuǎn)換器的設(shè)計(jì)案例”，本文將作為該系列的最后一篇進(jìn)行匯總。

該設(shè)計(jì)案例中有兩個關(guān)鍵要點(diǎn)。一個是功率開關(guān)中使用了SiC-MOSFET。SiC-MOSFET與Si-MOSFET相比，具有損耗低且高溫環(huán)境下工作特性優(yōu)異的特點(diǎn)。另一個是開關(guān)拓?fù)溥x用了準(zhǔn)諧振方式。準(zhǔn)諧振方式具有噪聲低且效率高的特點(diǎn)。通過這些組合，可設(shè)計(jì)出高耐壓、高效率、低噪聲的AC/DC轉(zhuǎn)換器。對于近年來的主要課題–節(jié)能來說，SiC功率元器件是功不可沒的。

此次使用的電源IC為準(zhǔn)諧振控制器，SiC-MOSFET是外置的。目前ROHM正在開發(fā)SiC-MOSFET內(nèi)置型轉(zhuǎn)換器IC。內(nèi)置Si-MOSFET的轉(zhuǎn)換器IC有很多，但ROHM內(nèi)置SiC-MOSFET的轉(zhuǎn)換器IC為全球首發(fā)。

接下來是該系列的所有項(xiàng)目及其關(guān)鍵要點(diǎn)一覽。

＜使用SiC-MOSFET的隔離型準(zhǔn)諧振轉(zhuǎn)換器的設(shè)計(jì)案例＞

前言

關(guān)鍵要點(diǎn)

?準(zhǔn)諧振方式的隔離型AC/DC轉(zhuǎn)換器的設(shè)計(jì)案例。

?功率開關(guān)中使用SiC-MOSFET。

設(shè)計(jì)中使用的電源IC：專為SiC-MOSFET優(yōu)化

關(guān)鍵要點(diǎn)

?在使用電源IC的設(shè)計(jì)中，要使用SiC-MOSFET需要專用的電源IC。

?SiC-MOSFET和Si-MOSFET的柵極驅(qū)動電壓VGS不同。

?設(shè)計(jì)中使用了SiC-MOSFET驅(qū)動用AC/DC轉(zhuǎn)換器控制IC：BD7682FJ-LB。

設(shè)計(jì)案例電路

關(guān)鍵要點(diǎn)

?準(zhǔn)諧振方式是利用了變壓器一次繞組的電感和諧振電容器的電壓諧振的自激式反激轉(zhuǎn)換器。

?利用準(zhǔn)諧振方式可降低開關(guān)損耗和噪聲。

變壓器T1的設(shè)計(jì)其1

關(guān)鍵要點(diǎn)

?分步驟計(jì)算變壓器T1的鐵芯尺寸、一次側(cè)電感值、各個匝數(shù)。

?可按照與設(shè)計(jì)篇第一篇“隔離型反激式轉(zhuǎn)換器電路設(shè)計(jì)”相同的思路進(jìn)行計(jì)算。

變壓器T1的設(shè)計(jì)其2

關(guān)鍵要點(diǎn)

?分步驟計(jì)算變壓器T1的鐵芯尺寸、一次側(cè)電感值、各個匝數(shù)。

?可按照與設(shè)計(jì)篇第一篇“隔離型反激式轉(zhuǎn)換器電路設(shè)計(jì)”相同的思路進(jìn)行計(jì)算。

主要部件的選型：MOSFET Q1

關(guān)鍵要點(diǎn)

?MOSFET Q1使用本設(shè)計(jì)主題之一的“SiC-MOSFET”。

?MOSFET的選型需要考慮最大Vds、峰值電流、導(dǎo)通電阻的損耗、封裝的最大容許損耗等。

?以Ippk×2左右作為ID額定值的大致選擇標(biāo)準(zhǔn)。

?Vds通過公式來計(jì)算。

主要部件選型：輸入電容和平衡電阻

關(guān)鍵要點(diǎn)

?輸入電容采用串聯(lián)方法，以獲得所需的耐壓。

?串聯(lián)電容時(shí)，需要插入平衡電阻以確保施加于各電容的電壓均衡。

?由于平衡電阻只是產(chǎn)生IR損耗，因此需要注意電阻值。

主要部件選型：用來設(shè)置過負(fù)載保護(hù)點(diǎn)切換的電阻

關(guān)鍵要點(diǎn)

?過負(fù)載保護(hù)校正功能是這款I(lǐng)C的功能，當(dāng)輸入電壓超過設(shè)置值時(shí)，通過降低電流限制電平來降低損耗功率，從而使過負(fù)載時(shí)的保護(hù)更可靠。

?切換電壓根據(jù)R20的電阻值（按文中給出的公式計(jì)算）設(shè)置。

主要部件選型：電源IC的VCC相關(guān)部件

關(guān)鍵要點(diǎn)

?IC的電源VCC由利用了二次側(cè)輸出的VCC繞組生成。

?啟動時(shí)未發(fā)生二次側(cè)輸出，因此另行設(shè)置啟動用電壓供給電路。

?為了避免VCC OVP的誤動作，需要用來抑制VCC繞組的浪涌電壓的電阻。

主要部件選型：電源IC的BO（Brown-out）引腳相關(guān)部件

關(guān)鍵要點(diǎn)

?欠壓保護(hù)功能是當(dāng)輸入電壓VIN低于正常工作所需的電壓時(shí)停止開關(guān)工作的保護(hù)功能。

?給BO引腳施加將VIN電阻分壓后的電壓，設(shè)置工作開始電壓和停止電壓。

?常數(shù)計(jì)算遵循公式。

主要部件選型：緩沖電路相關(guān)部件

關(guān)鍵要點(diǎn)

?為了抑制輸入中的變壓器漏電感引發(fā)的浪涌，可添加緩沖電路。

?緩沖電路基本上采用RCD型電路，要想獲得更優(yōu)異的保護(hù)性能，可添加TVS二極管。

主要部件選型：MOSFET柵極驅(qū)動調(diào)整電路

關(guān)鍵要點(diǎn)

?調(diào)整柵極驅(qū)動信號，并優(yōu)化開關(guān)晶體管的損耗和噪聲。

?加快開關(guān)的上升/下降時(shí)間可減少損耗，但開關(guān)噪聲會變大。

主要部件選型：輸出整流二極管

關(guān)鍵要點(diǎn)

?輸出整流二極管使用快速恢復(fù)二極管或肖特基勢壘二極管。

?選用規(guī)格為電壓70%、電流50%左右的產(chǎn)品。

主要部件選型：輸出電容器、輸出設(shè)置及控制部件

關(guān)鍵要點(diǎn)

?輸出電容器取決于輸出負(fù)載容許的Peak-to-Peak紋波電壓（ΔVpp）和紋波電流。

?輸出電壓設(shè)置電阻可通過技術(shù)規(guī)格書中給出的公式計(jì)算。

?反饋信號調(diào)整部件根據(jù)技術(shù)規(guī)格書中給出的常數(shù)來選型。

主要部件選型：電流檢測電阻及各種檢測用引腳相關(guān)部件

關(guān)鍵要點(diǎn)

?各檢測用引腳所需的部件根據(jù)技術(shù)規(guī)格書和設(shè)計(jì)手冊進(jìn)行設(shè)置。

?如果噪聲進(jìn)入檢測用引腳，可能會導(dǎo)致誤動作等問題，因此可以考慮增加電容器或RC濾波器。

主要部件選型：EMI及輸出噪聲對策部件

關(guān)鍵要點(diǎn)

?可增加輸入濾波器、Y-Cap、輸出整流二極管的緩沖電路作為EMI對策。

?可在輸出端增加LC濾波器作為輸出噪聲對策。

?無論采用何種方法，都需要確認(rèn)噪聲的影響并調(diào)整部件常數(shù)。

PCB板布局示例

關(guān)鍵要點(diǎn)

?使用SiC MOSFET或準(zhǔn)諧振轉(zhuǎn)換器時(shí)，PCB的布局原則基本相同。

案例中的電路和部件清單

關(guān)鍵要點(diǎn)

?使用示例電路測試并探討效率。

?電路部件僅為參考示例，具體可根據(jù)情況進(jìn)行不同的選擇。

評估結(jié)果：效率和開關(guān)波形

關(guān)鍵要點(diǎn)

?使用示例電路測試并探討效率。

?電路部件僅為參考示例，具體可根據(jù)情況進(jìn)行不同的選擇。

本篇章至此結(jié)束。

審核編輯黃宇