MOSFET晶體管在移相ZVS全橋直流-直流轉(zhuǎn)換器內(nèi)的工作特性

Antonino Gaito.意法半導(dǎo)體意大利卡塔尼亞公司，功率晶體管產(chǎn)品部，高級應(yīng)用工程師。
　　Alfio Scuto，意法半導(dǎo)體意大利卡塔尼亞公司，功率晶體管產(chǎn)品部，高級應(yīng)用工程師。
　　摘要 – 近幾年來，開關(guān)電源市場對高能效、大功率系統(tǒng)的需求不斷提高，在此拉動下，設(shè)計人員轉(zhuǎn)向?qū)ふ译娔軗p耗更低的轉(zhuǎn)換器拓撲。PWM移相控制全橋轉(zhuǎn)換器就是其中一個深受歡迎的軟硬結(jié)合的開關(guān)電源拓撲，能夠在大功率條件下達取得高能效。本文旨在于探討MOSFET開關(guān)管在零壓開關(guān)（ZVS）轉(zhuǎn)換器內(nèi)的工作特性。
　　1.前言
　　零壓開關(guān)移相轉(zhuǎn)換器的市場定位包括電信設(shè)備電源、大型計算機或服務(wù)器以及其它的要求功率密度和能效兼?zhèn)涞?a target='_blank' class='arckwlink_none'>電子設(shè)備。要想實現(xiàn)這個目標，就必須最大限度降低功率損耗和無功功率，通過提高轉(zhuǎn)換器的開關(guān)頻率是一個可行的辦法，但是高開關(guān)頻率會導(dǎo)致開關(guān)損耗上升，這與提高能效的目標背道而馳。有效的解決辦法是采用零壓開關(guān)（ZVS）或零電流開關(guān)（ZCS）轉(zhuǎn)換器拓撲，這種方法確保開關(guān)管在狀態(tài)轉(zhuǎn)換前是零電壓或零電流，特別值得一提地是，零壓開關(guān)方法可保證開關(guān)管在導(dǎo)通前管兩端為零電壓，從而消除了開關(guān)電流和電壓波形重疊導(dǎo)致的功率損耗問題。過零開關(guān)方法有很多優(yōu)點，例如，線性控制恒頻工作、在功率電路內(nèi)整合雜散電容或電阻、低EMI電磁干擾，但是缺點也不少，例如，移相控制器設(shè)計復(fù)雜、整流管振蕩頻率和過沖現(xiàn)象、輕載條件下的軟開關(guān)損耗。最近，集成化控制器的上市降低了移相控制器設(shè)計的復(fù)雜程度，同時選擇專門的開關(guān)管可以解決輕載開關(guān)功耗問題。MOSFET的某些電特性有助于系統(tǒng)降低故障概率。本文介紹故障概率最高的開關(guān)順序。
　　2.零壓開關(guān)拓撲介紹
　　基本移相轉(zhuǎn)換電路是由四個開關(guān)管組成，每個橋臂有兩個開關(guān)管。因為工作模式的原因，兩個橋臂的開關(guān)管不會同時改變狀態(tài)，總是一個橋臂比另一個橋臂先改變開關(guān)狀態(tài)。第一個改變狀態(tài)的通常被稱作“超前橋臂”，而另一個被稱作“滯后橋臂”。如圖1所示，開關(guān)管Q1和Q2表示“超前橋臂”，開關(guān)管Q3和Q4表示“滯后橋臂”。
　　
　　圖1：移相零壓開關(guān)全橋電路
　　通過設(shè)定相移時間，可以控制輸出功率。具體地講，輸出功率大，相移時間設(shè)定長短一些；輸出功率小，相移時間設(shè)定長一些，這種方法可以控制開關(guān)階段。