交流/直流和隔离式直流/直流开关稳压器

1.7寄生参数的影响及谐振变换器选型指导

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下面介绍谐振电路里面可能存在的寄生参数带来的影响在谐振变换器中有很多寄生参数会影响谐振变换器的运行比如理想情况下变压器的励磁电感无穷大没有漏感只是用来提供一定的匝比以及电气隔离像这个样子但实际情况是变压器的励磁电感不可能无穷大而且由于不能完全耦合还有相应的漏感以一个 LCC 为例这个图是理想情况下得到的增益曲线就是变压器不考虑漏感和励磁电感带来的影响右边这个图是考虑了变压器的寄生参数所得到的增益曲线可见变压器的励磁电感和漏感对变换器来说造成的影响不可忽视另外变压器它的匝间电容也会对我们变换器的运行造成影响尤其是在死区时间和软开关方面的影响这里是一个 LLC 在死区时间内对 MOS 管输出电容放电的模型考虑了 CTS 之后它的放电时间会变得更长如果 CTS 太大还有可能因为死区时间不够而影响软开关的实现如果你的谐振变换器是工作在高频下由于谐振电容和谐振电感都比较小在死区时间内你可能会看到一些高频的振荡之前提到过一兆赫兹的 LLC 谐振变换器设计为例这种高频振荡可能会造成额外的损耗以及产生更多的干扰通常这个振荡是跟 MOS 管的输出电容和变压器的寄生电容息息相关的减少这些电容能够很好的改善这些问题获得更好的性能总之这些元件的寄生参数都是我们在设计中必须考虑的问题除了上面提到的寄生参数以外另外一个关键的寄生参数是 MOS 管的寄生二极管的反向恢复电荷众所周知二极管在关断的时候有反向恢复的问题需要一个反向电流将二极管上面的反向恢复电荷放掉在某些情况下比如负载动态跳变的时候二极管可能没有足够的电流来实现完全的反向恢复而这部分电荷会在下一个开关周期导致 MOS 管硬开关从而有可能损坏 MOS 管为了减小反向恢复的问题我们需要尽量减小 MOS 管体二极管的导通时间还有减慢 MOS 管关断的速度来减小 MOS 管体二极管的反向恢复电流当然我们也可以采取更简单的办法采用 GaN FET 作为开关管因为 GaN 没有反向恢复的问题而且它的输出电容也很小这张图对比了 TI 的 GaN FET LMG3410 和超结 MOS 管的输出电容蓝色的曲线是 GaN FET 的输出电容随电压变化的一个曲线可以看到其输出电容明显低于超结 MOS 的输出电容并且电容量随电压的变化也更加线性实际上 MOS 管的输出电容会随漏源极的电压发生变化而变化所以在死区时间内对 MOS 管放电更准确的表达式是这个实际上它跟 COSS 曲线所包围的面积是成正比的所以说 GaN FET 这种特性有助于减小我们的死区时间讲了这么多大家可能对于如何选择谐振变换器还是一头雾水那么我们就通过下面几条简单的规则来帮助大家选择合适的谐振拓扑这个表格总结了我们前面提到的几个关键拓扑包括串联谐振并联谐振 LLC LCC CLL 从这个表格中我们可以看出几点首先相比三元谐振拓扑二元谐振拓扑的频率范围会更宽一点其次如果在谐振腔里面的电容越多频率变化范围也就越窄而且增益越高当然如果谐振元件越多变换器的效率肯定越低另外 LLC 和 CLL 可以实现原边的零电压导通和副边整流管的零电流关断最后我们来总结今天所讲的一些内容我们首先了解了谐振变换器的基本原理拓扑分析方法以及实现软开关的必要条件然后我们介绍了谐振变换器在不同场景下的应用并用一个新的结构 CLL 介绍了如何改进谐振变换器的一个例子此外我们还探讨了谐振变换器设计中存在的挑战以及需要注意的问题最后我们对比了前面提到过的关键谐振拓扑来帮助大家更好的选择至于前面提到过的相关的参考设计大家可以在 TI 的官网上找到谢谢大家