你的位置:首页 > 电源管理 > 正文

为 POE-bt 应用设计有源钳位正激变换器(下)

发布时间:2022-02-24 来源:芯源系统 责任编辑:wenwei

【导读】本文将继续探讨如何为 PoE-bt 应用设计有源钳位正激控制器。在本系列文章的上篇中,我们介绍了PoE 应用,以及正激变换器拓扑和有源钳位电路的基础知识。本文将侧重PoE-bt 应用的副边同步整流 MOSFET、副边尖峰吸收电路及其效率验证过程。

 

同步整流

 

正激电路的副边通常需要两个续流二极管,用于励磁电感和输出电感。在大电流输出下的续流过程中,这些二极管会导致相当大的损耗。因此,常用MOSFET 晶体管代替二极管以提高效率。正激变换器的原边主开关对应于励磁电感和输出电感的续流过程。因此,副边变压器的开关电压可以驱动副边同步整流 (SR) MOSFET。 

 

续流 MOSFET 的栅源电压 (VGS) 由 SR MOSFET 的漏源电压 (VDS) 整流。 当励磁电感和输出电感电流都较低时,输出电压通过变压器导通整流MOSFET。 然后副边以强制连续导通模式 (FCCM) 工作,这导致了比传统二极管整流拓扑更高的空载损耗。

 

当输出电压较高时,三极管稳压电路会保护副边 MOSFET 的 VGS 不会过高(见图 1)。同时,对于连接到发射极的 MOSFET 栅极,其驱动电压跟随晶体管基极电压的任何变化。这样,晶体管的集电极端子就可以从变压器或输出电压中获取电力。

 

1.png

图1: 三极管稳压电路


MOSFET 晶体管驱动电路会导致额外的损耗。MOSFET晶体管驱动的钳位电压与输出电压之间的差值越大,驱动电路损耗就越大。也因此正激拓扑非常适合低电压和大电流应用。

 

副边峰值吸收电路

 

当副边整流MOSFET(QR)关断,且副边续流MOSFET(QF)开路时,可能存在变压器漏感。 而漏感会影响 QR 漏源电容 (CDS),并在 VDS上叠加振铃。高振铃尖峰将影响正激变换器的效率。传统的 RC 吸收电路可以抑制 QR上的VDS振铃,但也会导致相对较大的功率损耗。

 

建议使用 RCD 吸收电路来降低功率损耗(见图 8)。当 QR 启动时,漏感能量可以通过二极管 (D) 存储在电容器 (C) 中。当 QR 关断时,电容器中储存的能量可以通过电阻器 (R) 转移到输出电容器和负载上。电容器容值越大,振铃幅度越小;同时,电阻器阻值越大,功率损耗和振铃幅度也越小。

 

2.png

图8: RCD吸收电路


图 9 显示出,添加肖特基二极管 (D) 后,振铃峰值下降了 20%。在这种情况下,电容器 (C) 可设置为 2.2nF,电阻器 (R) 可设置为 20kΩ。

 

3.png

图 9:添加肖特基二极管前后的振铃周期


效率验证

 

为了验证正激变换器的设计,我们比较了输出电压为 5V/3.3V时,在不同功率电平下的正激和反激拓扑。在有源钳位正激拓扑中,由于主开关启动和辅助开关启动之间有延迟时间,因此辅助开关可以实现零电压开关 (ZVS)。但要注意,ZVS 可能会因主开关而变得复杂。

 

辅助开关和整流MOSFET在开关之前是导通的。当辅助开关关断时,会发生以下情况: 


•流过主开关的电流下降

•整流 MOSFET 的电压下降

•续流 MOSFET 的电压下降

•DS电容下降

•主开关的VDS开始下降

 

电感电流仍然可以流过整流 MOSFET 的体二极管,它将变压器两端的电压钳位在较低的幅度,并防止主开关的 VDS 进一步下降。当主MOSFET 导通时,其 VDS 几乎等于输入电压,这将导致启动损耗。 

 

计算并分析输出为3.3V/50W时的功率损耗,可知辅助开关为零电压开关(ZVS),励磁电流较小,因此功耗较低。 主开关损耗主要包括部分启动损耗和导通损耗,变压器损耗包括磁损耗和铜损,副边整流MOSFET损耗包括开关损耗、导通损耗和振荡引起的二极管损耗,输出电感损耗则包括磁损耗和铜损。 

 

图 10 显示了范例的效率曲线。随着输出功率的增加,由于 PoE 应用对散热管理的改善,在较高输出功率水平下,正激变换器的效率通常比反激变换器更佳。

 

4.png

图10: 效率曲线


结论

 

本文回顾了如何利用MOSFET 晶体管和 RCD 吸收电路提高有源钳位正激变换器的效率,同时验证了这些理论。总体而言,采用有源钳位正激变换器的PoE 解决方案能够提供更高的效率,并克服RCD 钳位电路的缺点,从而进一步优化PoE-bt 应用的功能。



免责声明:本文为转载文章,转载此文目的在于传递更多信息,版权归原作者所有。本文所用视频、图片、文字如涉及作品版权问题,请联系小编进行处理。


推荐阅读:


卫星导航系统与LoRa结合的应用方案

汽车电子中的电磁干扰生成、传播与抑制(上)

为 POE-bt 应用设计有源钳位正激变换器(上)

如何使用AFG31000测试电源的负载瞬态响应

提高带宽,打造适应未来发展的CATV解决方案

特别推荐
技术文章更多>>
技术白皮书下载更多>>
热门搜索

关闭

关闭