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2020.03.25 AC/DC

故障排除(Trouble Shooting) ③:当VDS2受浪涌影响超过二次侧MOSFET的VDS耐压时

提高AC/DC转换器效率的二次侧同步整流电路设计

故障①“当二次侧MOSFET立即关断时”、故障②“当二次侧MOSFET在轻负载时因谐振动作而导通时”之后,本文将介绍故障③“当VDS2受浪涌影响超过二次侧MOSFET的VDS耐压时”的对策及其注意事项。

故障③:当VDS2受浪涌影响超过二次侧MOSFET的VDS耐压时

当发生浪涌时,受其影响,二次侧MOSFET的VDS2可能会超过MOSFET的VDS的耐压。这将会导致施加超出MOSFET额定值的电压,可能会造成误动作,甚至可能会引发MOSFET的劣化或损坏。当发现有这种现象时,必须采取措施。

对策

针对这种故障③的对策有三种左右,但与故障①和②一样,各对策都存在需要权衡的注意事项。下面是对策及其注意事项一览表。

故障③:当VDS2受浪涌影响超过二次侧MOSFET的VDS耐压时
对策 注意事项
对策③-1
在二次侧MOSFET的漏极-源极间插入电容
在发生谐振的区域(无负载~轻负载)插入的电容会导致效率变差,需要进行特性确认。
对策③-2
加大一次侧MOSFET的栅极阻值
加大栅极阻值可导致效率变差,另外一次侧MOSFET M1的发热量可能会增加,因此需要进行特性确认。
对策③-3
减小变压器的匝比Ns/Np,降低VDS2
由于一次侧MOSFET的VDS1反而会变大,因此需要调整变压器的匝比,使VDS1不要超过一次侧MOSFET M1的VDS额定值。

※针对故障③,使用编号“对策③-n”来表示其对策。

●对策③-1:在二次侧MOSFET的漏极-源极间插入电容

通过在二次侧MOSFET的漏极-源极间插入电容器CDS2,可缓和VDS2的过冲。CDS2的可选范围为1000pF~6800pF左右(参考值),需要通过确认对策效果来选择最佳的电容。下图是CDS2在电路图上的插入位置和实施对策后的波形。

※注意事项:在发生谐振的区域(无负载~轻负载)插入的电容会导致效率变差,因此需要进行特性确认,在过冲的缓和程度和效率之间找到折中方案

●对策③-2:加大一次侧MOSFET的栅极阻值

通过加大一次侧MOSFET M1的栅极电阻RGATE1的值,延迟VGS1的上升时间(使之迟缓),可抑制急剧上升带来的浪涌,从而抑制二次侧VDS2的过冲。下图是表示RGATE1和对策后效果的波形图。RGATE1的值为10~470Ω左右(参考值)。

※注意事项:加大RGATE1的值可导致效率变差,另外一次侧MOSFET M1的发热量可能会增加,因此需要进行特性确认。这也需要针对效率、发热量及减少过冲之间的情况进行权衡调整。

●对策③-3:减小变压器的匝比Ns/Np

可通过减小变压器的匝比来使VDS2的振幅衰减。

※注意事项:虽然VDS2会衰减,但一次侧MOSFET的VDS1反而会变大(参见对策实施后的波形图)。因此,需要调整变压器的匝比,以确保VDS1不超过一次侧MOSFET M1的VDS额定值。

可能会发生的故障示例及其对策和注意事项的介绍到此结束。

关键要点:

・这是对现有隔离型反激式转换器二次侧的替换,因此充分确认实际的运行情况是非常重要的。

・VDS2受浪涌影响有时可能会超过二次侧MOSFET的VDS耐压,对策有三种左右。
 1) 在二次侧MOSFET的漏极-源极间插入电容
 2) 加大一次侧MOSFET的栅极阻值
 3) 减小变压器的匝比Ns/Np,降低VDS2

・各对策都存在需要权衡的注意事项。

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