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功率電感:用于故障容受型高壓電源的新型預(yù)穩(wěn)壓器設(shè)計(jì)

2014/12/26

  為傳統(tǒng)反激轉(zhuǎn)換器供電修改的大電容電路。雖然此方法不要求額外的開關(guān)模塊,但必須使用額定電壓達(dá)1,000V或更高的MOSFET,用于支持輸入端更高的故障電壓,以及變壓器反激電壓。針對(duì)寬輸入電壓范圍設(shè)計(jì)開關(guān)電源也要求相應(yīng)的寬頻率動(dòng)態(tài)范圍或MOSFET導(dǎo)通時(shí)間(ton)變化,以在更寬范圍內(nèi)維持穩(wěn)壓。此外,更高的MOSFETdV/dt也會(huì)增加開關(guān)損耗,導(dǎo)致能效降低,并增加電磁干擾(EMI)的風(fēng)險(xiǎn)。

  另一種方法是單顆MOSFET可以采用共源共柵配置的2顆MOSFET來(lái)替代,如圖2所示。普通的700V開關(guān)穩(wěn)壓器結(jié)合600V功率MOSFET,足以承受反激電壓與整流輸入電壓之和。如電路所示,60VMOSFET的柵極要求額外的TVS。與標(biāo)準(zhǔn)反激架構(gòu)一樣,開關(guān)電源的設(shè)計(jì)應(yīng)當(dāng)針對(duì)寬輸入電壓范圍,并帶有相應(yīng)的大開關(guān)頻率漂移或ton動(dòng)態(tài)范圍,以確保輸出電壓的穩(wěn)壓。開關(guān)損耗及復(fù)雜EMI信號(hào)的風(fēng)險(xiǎn)也相似。

  又一種方法,是通過(guò)審慎的設(shè)計(jì),使用帶800V功率MOSFET或集成開關(guān)穩(wěn)壓器的經(jīng)典拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)來(lái)實(shí)現(xiàn)一種方案。然而,必須注意將變壓器反射電壓降至小,從而將大晶體管電壓保持在低于800V,即使電源電壓在故障條件下處于高時(shí)(約620V)。這要求變壓器具有小匝數(shù)比(Np/Ns)及低初級(jí)電感。當(dāng)輸入電壓高、輸出功率低時(shí)MOSFET導(dǎo)通時(shí)間ton必須極短,而次級(jí)端二極管擁有長(zhǎng)導(dǎo)電時(shí)間。

  有幾項(xiàng)因素會(huì)限制這類方案的性能、損及可靠性并增加成本。極短的導(dǎo)通時(shí)間ton可能滋生不穩(wěn)定的穩(wěn)壓,迫使開關(guān)電源在非突發(fā)模式下降至低頻工作。此外,雖然對(duì)于抗雪崩型功率MOSFET而言,10%的電壓余量通常被認(rèn)為足夠,但非抗雪崩型器件應(yīng)當(dāng)考慮有20%的余量,以避免瞬態(tài)事件及啟動(dòng)相位期間出現(xiàn)任何問(wèn)題。至于次級(jí)側(cè)二極管,要求高反向電壓能力,這通常需要高成本、大體積及大正向壓降Vf(通常會(huì)降低能效)的二極管。

  變壓器漏電感產(chǎn)生的峰值電壓應(yīng)當(dāng)保持在低于800V極限值的極低標(biāo)準(zhǔn)。這要求使用大的緩沖器電路,該電路會(huì)增加功率耗散,因而損及總能效。

  新型預(yù)穩(wěn)壓器設(shè)計(jì)

  一種新的可選方案建議在開關(guān)電源輸入端插入穩(wěn)壓器,如圖3所示。這就無(wú)需串聯(lián)大電容及其相關(guān)的電路,且能使用傳統(tǒng)反激轉(zhuǎn)換器設(shè)計(jì),以避免使用特殊高壓元器件。

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