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2021.09.08 Si功率元器件

轻负载时开关元件工作相关的注意事项

相移全桥电路的功率转换效率提升

相移全桥电路中轻负载时流过的电流小,LS中积蓄的能量少,所以很有可能在滞后臂的COSS充放电完成之前就开始开关工作。因此,ZVS工作无法执行,很容易发生MOSFET的导通损耗。

另一方面,当超前臂的MOSFET的COSS充放电时,能量通过变压器被输送到二次侧。参考前面的思路,通过能量收支来考虑ZVS的成立条件时,以Mode(2)为例,假设相移全桥电路的变压器的匝比为n,则超前臂的ZVS成立条件可用下面的公式来表示。IL2是Mode(1)结束时的IL,EOSS_Q1和EOSS_Q2分别是完成Q1和Q2的COSS充放电所需的能量。

軽負荷時におけるスイッチング素子の動作に関する注意点

在实际的电路工作中,需要设置Dead Time来防止上下臂短路。如上所述,在轻负载时,滞后臂MOSFET的充放电可能尚未完成,即可能会有漏极电压VDS残留(成为硬开关),因此,在某些Dead Time的设置,可能会导致滞后臂MOSFET的导通损耗增加。因此,在设置Dead Time时需要注意这一点。

下图是在Dead Time优化和未优化情况下导通时的示意图。

PSFD回路、Dead Timeを最適化している場合と最適化していない場合の、ターンON時の概略図

在Dead Time未优化的情况下,会瞬间流过很大的漏极电流ID。这是由于受到了两种电流的影响:第一种是栅极-漏极间电容CGD和栅极-源极间电容CGS的电容比,导致栅极-源极间电压VGS超过了阈值电压,从而引起的直通电流;另一种是对应桥臂MOSFET的COSS的充电电流。其中,后者COSS的充电电流在硬开关工作时一定会产生,但前者的直通电流则可以通过设置MOSFET的CGD和CGS的适当电容比来防止。因此,选择CGD和CGS的电容比适当的MOSFET很重要。

关键要点:

・轻负载时,电流小,LS中积蓄的能量少,因此很有可能在COSS的充放电完成之前就开始开关工作,致使ZVS工作无法执行,容易发生MOSFET的导通损耗。

・COSS的充放电未完成可能会导致VDS残留,因此需要设置适当的Dead Time来防止上下桥臂短路引起的直通电流。

・MOSFET的CGD和CGS的某些电容比可能会导致流过直通电流,因此选择该电容比适当的MOSFET很重要。