准谐振资料开关电源.docx

Quasi-Resonant (准谐振) Converter Topology :
简介:
Advantage:
1)可以降低MOSFET 开关损耗,从而提高可靠性
2)可以改善EMI 特性,在增加功率传输效率的同时减少EMI 干扰,减少滤波器使用数量,降低成本
备注:谐振电路的定义—在具有R 、 L、 C 的交流电路中,电路两端的电压和电流位相一般是不同的,如果通过变更L 、C的参数或电源频率使其达到电压与电流的位相相同,此时电路呈现纯电阻性,这种状态就叫做谐振。在这种情况下,电路的电阻值达到极值(最大或者最小)。谐振分为串联谐振和并联谐振。
3)当工作在 discontinuous conduction mode 时,转换器会侦测到drain (漏极)电压波谷并在drain电压最小时开启MOSFET.
当工作在 continuous conduction mode 时,转换器会工作在固定工作频率。
工作机理:
当MOSFET 在导通时(Ton),输入电压Vin加在初级线圈上 Lm ,此时 MOSFET 电流Ids 从0线性增加至最大值Ipk,在这段时间内,能量储存在初级电感,为(Lm*Ipk*Ipk)/2 .
当MOSFET 关闭时,储存在线圈中的能量导致次级输出端的整流二极管开启。在二级管开启的时间内(Td), 输出电压Vo施加在次级线圈上,此时整流二极管的电流从最大值Ipk*Np/Ns线性减少, 而此时输入电压Vin和次级线圈反馈到初级线圈的点烟V0*Np/Ns 叠加到FET 上。
当二极管电流降至0时,FET的Vds 电压通过初级线圈Lm以及FET 的输出电容Coss以振幅V0*Np/Ns开始共振。当Vds达到最小值时,准谐振开关开启MOSFET。这样就可以减少由于漏极与源极之间的电容导致的开关损益。这就是所谓的ZVS .
当输出负载减少或者输入电压增大的时候, MOSFET 的Ton会减少并且开关频率增加。这就会导致严重的开关损失以及间歇性开关和噪音问题。
相关图形请参看以下:
滤波电容
其中Coss既是缓冲电容又是谐振电容,它包括开关管输出电容及变压器绕组分布电容
Vds尖峰脉冲是由Lk Coss 产生的高频脉冲, Lk一般为 Lm的10%
FSQ Series 控制方式
为克服在低负载情况下频率增加的问题,FSQ 芯片采用一种新的控制技术。
一旦FET开启,那么下次开启被限制在空白时间Tb之外。在空白之间之后
控制器会在检测时间Tw内当电压波形为波谷时打开MOSFET ,如果在此时间内无法检测到波谷,那会在Tw结束时强制打开FET 。M 模式下以相同的频率工作。而在DCM 模式下,控制器会在Tw时间内的波谷时打开FET,对应的,开关频率被限制为55Khz~67Khz 。
备注: Case A :为在Tw内无法检测到波谷所以强制打开FET。
Case B/C: 为在Tw内检测到波谷时打开FET
FSQ回路系统设计的方式:
1)定义系统参数
输入电压范围(Vmin 、Vmax),频率,最大输出功率Po,效率Eff
效率的默认设定:低电压输出:~ 高电压输出:~
最大输入功率:=Po/Eff
对于多输出电路,每一个输出占有因子定义为:KL(n)=Po(n)/Po
对于单一输出电路,KL(1)=1
2) 设定DC Link (直流传输)电容以及计算DC LINK 电压范围
在离线式开关电源中(开关电源在转换过程中,使用高频变压器隔离之称为离线式开关电源,常用的AD/DC变换器就是离线式变换器),通过DC link电容整流AC MAINS (交流供电干线)获得大略的DC电压(Vdc),然后再转换成纯正的DC 输出电压。其中DC link 电容Cdc默认电容值为:对宽电压输入电路(85~265v),输入功率每watt对应2~3uf/watt ;
对于窄电压电路(195~265v),每watt对应1uf/watt。而Vdc 定义为:
其中Dch定义为Cdc充电循环比率,一般为 。如图所示
最大DL LINK 电压为:
3)计算输出反馈电压
在准谐振反激式变换器中,当FET关闭的时候,DC LINK 电压(VDC)以及输出电压反馈到初级线圈的电压VRO 施加在FET 上:
MOSFET电容性开关损耗可以通过增加Vro来减少,但是这会增加FET的压降,因此Vro需要在电压margin与效率之间协调决定。
设定变压器初级线圈感值
如果考虑到EMI ,那DCM 下工作是比较可行的,因为FET 在漏电压最小时被打开,当工作在DCM ,次级端二极管被关闭。因为选择DCM,M小,所以变压器尺寸会比较小。但是DCM 因为会