最大化从满负载到空负载时的AC/DC效率

2014-08-11 11:43 来源:电子信息网 作者:云际

电路

准谐振控制是对运行在临界导电模式(CRM)下采用零电压开关(ZVS)或谷值开关(VVS)技术的反向转换器的描述。ZVS/VVS运行是由反向变压器一次侧绕组电感和一次侧主MOSFET开关(CDS)的总等效电容形成的LC谐振引起的。在谐振开关切换过程中,MOSFET两端的电压会下降。反向转换器检测到该下降并在谷值点开启一次侧开关。谷值电压开关必须满足两个条件,第一个条件是:

Vin≤ N (Vout + VD )

其中,N 为变压器匝比。在这种条件下,二次侧反射电压 (reflected secondary voltage) 非常高,足以促使一 次侧VDS电压变为0。因此,0V电压就可以将一次侧MOSFET开关开启;第二个条件是:

Vin > N(Vout + VD )

在此条件下,二次侧反射电压不能将VDS电压转为0V。相反,我们得到了一个“电压谷值”。图 2显示了准谐振反向转换器的典型VVS运行。如果满足了第一个公式的条件,那么谷值电压就会被扩展到0V。于是 ,我们就实现了0电压开关。

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图 2 准谐振控制与谷值电压开关

ZVS/VVS不仅大大节约了能源,而且还提高了效率。对于一个给定的电容而言,开关电源 Psw 由电容器 两端的电压 CDS 以及开关频率 fs 决定:

Psw = 0.5 CDS VDS2 fs

采用硬转换的反向转换器将在高电压时开启开关,从而获得高压开关电源。在下一个开关周期中,储存在电容器CDS中的能量将由MOSFET通道电阻消耗掉,从而表现为开关功率损耗。这样的功率损耗在离线AC/DC应用中尤其显著,在该应用中高DC链路电压是由整流 85-285 VAC线电压引起的。

相反,如果运行在采用谷值开关的准谐振模式下,相同的反向转换器将在较低电压时开启开关。当储存在电容器中的能量被释放并再循环至 (recycle back) DC链路电容器CBLK,而并非由MOSFET通道电阻消耗掉时,则电压将通过LC谐振被降低。

在通常的反向运行中,从小负载到满负载范围的准谐振控制意味着多模运行模式,以实现最佳的效率。 即我们将转换器运行细分为两种模式:具有可变开启时间变化的正常准谐振模式以及前面所提到的具有恒定开启时间的频率返送(FFM)模式。例如,一款准谐振控制可能设计用于15%到50%的负载范围内运行, 期间其一直处于FFM模式运行。随着负载的降低,频率逐渐下降,从而开关电源损耗进行一步降低。从50%负载到满负载,控制器会随着负载的增加而消减其频率。通常,开关频率被控制在150kHz 以下,以最小化EMI并满足EMI要求。

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AC/DC 负载

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