采用准谐振技术,减少谐振现象对MOS管的影响
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反激电源中MOS管出现两次振铃现象的主要原因是由于功率级寄生电容和电感引起的谐振。在反激电源中,MOS管在开通和关断的过程中,寄生电感将能量传递给寄生电容进行充电,充电结束后寄生电容又释放电能给寄生电感储能,如此循环往复,形成谐振1。
第一次谐振
第一次谐振发生在MOS管关断的瞬间。此时,变压器初级线圈释放能量,输出续流二极管正向偏置,向输出端提供电能。这个过程中,等效谐振电路包括初次级间的漏电感、初级励磁电感、初级侧MOSFET封装电感以及MOS管的寄生电容和线路寄生电容1。
第二次谐振
第二次谐振是开关电源在断续导通模式(DCM)下特有的现象。在DCM模式下,次级反射电流在MOS管通断时到达零。当MOS管关断且次级反射电流消耗为零时,次级输出相位的电压高于实际输出电压;当反射电流消耗为零,实际输出电压由输出电容提供,此时次级输出相位的电压等于零。在这个过程中,电压的衰减振荡会耦合到初级线圈并加载在MOS与线圈连接的开关节点处,形成第二次谐振1。
抑制措施
为了减少这种谐振现象对MOS管的影响,可以采用准谐振技术。在DCM模式下,初级侧MOS在开关节点谐振电压摆幅的谷底附近导通,这样可以减少导通损耗1。
反激电源MOS D-S之间电压波形产生的原因?这是一个典型的问题,本质原因就是功率级寄生电容、电感引起的谐振,然而几天后我发现,当时我并没有充分理解问题,这位朋友所要了解的问题其实应细化为:为什么会有两次谐振,谐振产生的模型是怎样的?
如下为反激式电源实现方案,该方案采用初级侧稳压(PSR)技术,
Q1导通时,变压器初级电感存储能量,输出续流二极管Dfly反向偏置,Cout输出能量给负载;
Q1关断时,变压器初级线圈释放能量,输出续流二极管正向偏置,向输出端提供电能;
开关电源产生振铃的主要原因在于非理想器件存在功率级寄生电容、电感。所谓谐振,即:在MOS管开通、关断切换的过程中,寄生电感将能量传递给寄生电容进行充电,充电结束后寄生电容又释放电能给寄生电感储能,如此循环往复。
群友发出的图片中,有2次谐振,
第一次谐振
该谐振产生的时间点在MOS管关断的瞬间,等效谐振电路如下:
Loop:初次级间的漏电感、初级励磁电感、功率MOSFET封装电感之和
Coss:MOS管寄生电容、线路寄生电容
第二次谐振
这是开关电源DCM模式特有的一个振铃现象,
此处你必须要了解开关电源电感如下两种模式:
CCM:连续导通模式,次级端反射电流在MOS通断,变压器线圈换相期间不会到达0;
DCM:断续导通模式,次级端反射电流在MOS通断,变压器线圈换相期间到达0。
在DCM模式下,当MOS管关断,且在次级反射电流消耗为0之前,次级线圈输出相位的电压高于实际输出电压;当反射电流消耗为0,即次级线圈电流消耗为0时,实际输出电压由输出电容提供,此时次级输出相位的电压等于0,在次级输出相位电压由高于输出电压到等于0的变化过程中,会出现电压的衰减振荡,而该衰减振荡会耦合到初级线圈并加载在MOS与线圈连接的开关节点处。
由于该谐振给MOS管的寄生电容充电,若MOS在此时导通,则可能碰到寄生电容电位被充到较高的时刻,此时寄生电容所充电的能量若被直接导到GND会造成MOS管的导通损耗,针对该问题,诞生出了准谐振技术,即:DCM模式下,初级侧MOS在开关节点谐振电压摆幅的谷底附近导通