降低可携式应用中升压转换器开关损耗.docx

研发资源网研发人才网研发商城

繁體中文首页业内新闻

技术文章供求信息求职招聘研发商城资源导航

RDBlog研发BBS

站内BBSDatasheet

首页技术文章硬件研发硬件综合降低可携式应用中升压转换器开关损耗降低可携式应用中升压转换器开关损耗

52RD.com 2007年9月19日 In-HwanOh博士 评论：0条我来说两句

为了降低无源元件的尺寸大小并获得快速动态回应，驱动频率被提高至MHz等级，但驱动频率越高，开关损耗就越大，随着开关频率不断增加，MOSFET的开关损耗将超过导通损耗。特别由于功率元件是在最高电压电流条件下被关断的，因此，升压转换器的关断开关损耗要大于导通开关损耗。

在1.6MHz的开关频率和8.3MHz的LC谐振频率下进行了相关实验，结果显示功率元件所需的安全工作区域（SOA）比典型升压转换器小，这表明功率元件的功耗很低。这就允许

利用较小封装的控制IC来处理更高的输出功率。在满负载、低输入电压条件下，这时，输入电流较高，LC谐振升压转换器便能有效提高功率转换效率。

在可携式产品的各种DC-DC转换器中，效率已逐渐成为有关延长电池寿命的热门话题。在升压转换器或步进转换器中，主要的开关损耗是在功率开关关断时产生的，因为此时仍处于最大的电压电流转换条件。在非连续性电流模式（DCM）中，升压转换器的主要功率元件通过从零电流开始的一个软启动电流来导通。由于功率元件在高电压零电流时导通，所以它的开关损耗非常小，可以忽略不计。鉴于电感电流的正斜率，其流入功率元件的电流在元件关断时达到最大。因此，在DCM中，关断损耗比导通损耗大。不过，导通损耗是在连续电流模式（CCM）下产生的。但其关断损耗仍然大于导通开关损耗。本文所介绍的LC谐振网路，可降低或消除关断开关损耗。

谐振电路解析

在升压、降压或升/降压转换器中，LC谐振网路可按图1所示实现。

(a）带有无损耗LC网路的升压转换器

（b）带有无损耗LC网路的降压转换器

(c）带有LC网路的升/降压转换器图1.带有无损耗LC网路的不同应用

图1显示了无损耗LC谐振网路的不同应用实例。本文中，如图2所示，LC谐振网路被用于升压转换器。为简化模式分析，假设功率元件和所有无源元件都是理想的。图3显示了带有LC谐振网路的升压转换器在各个时段的工作模式。本文提出的具有附加谐振网路的升压转换器，它的工作可分为三种模式。首先，主开关Q是关断的。电感电流iL(t）具有负斜率，通过电感L和输出二极体Do流向负载，如图3(a）所示。电压VCr由一个正电平充电，并具有和输出电压Vo相同的幅值，见图3(a)。

模式1（t1￡tt2)

在t=t1时，Q导通。电感Lr和电容Cr启动谐振，谐振频率及其週期Tr可计算如下：

（1)

（2)

图2.带有LC谐振电路的升压转换器

(a)（tt1）

(c)（t1￡tt2）

(e)（t2￡tt3）

（b)（t1￡tt2)

（d)（t1￡tt2)

（f)（t3￡tt4)

（g)（t3￡tt4） （h)（t3￡tt4)

图3.升压转换器中LC谐振电路的工作模式

由于谐振阻抗Zr=?（Cr/Lr)，故谐振峰值电流Irpk为：

（3)

模式2（t2￡tt3)

一旦Q导通，谐振电流就迭加到MOSFET的汲极电流上。在非连续电流模式（DCM）中，汲极电流从零开始。由于Lr和Cr产生的谐振，使得Cr的电压极性改变。如果电压VCr变得比DC输入电压更高，则D1导通。因此，在Q导通时（如图3(c）和图4所示)，通过输入电压，VCr被很好地钳位。在谐振週期Tr之后，电感电流具有正斜率，并与图3(e）所示的典型升压转换器的波形相同。电感电流峰值可计算如下：

（4)

这里，Iin是输入平均电流，Ts是开关週期，D是占空比，定义为Do(t3-t1)/Ts。若Q关断，这种模式即结束。

模式3（t3￡tt4)

如图3所示，当Q关断时，电感电流直接从MOSFET转到Cr。负载电流由输出滤波器提供，输入电压源没有电流流出。因此，利用恒定谐振电流，Cr电压从–Vin变为+Vo，如图4

所示。在这种条件下，MOSFET漏源电压Vds具有一个斜率，因为它通过谐振电流Ipk从

–Vin充电到+Vo。週期Td=t4–t3之间的时间，可由下式求得：

（5)

故此，MOSFET汲极电压正慢慢增加