MOSFET晶体管在移相ZVS全桥直流-直流转换器内的工作特性

Antonino Gaito.意法半导体意大利卡塔尼亚公司，功率晶体管产品部，高级应用工程师。
　　Alfio Scuto，意法半导体意大利卡塔尼亚公司，功率晶体管产品部，高级应用工程师。
　　摘要 – 近几年来，开关电源市场对高能效、大功率系统的需求不断提高，在此拉动下，设计人员转向寻找电能损耗更低的转换器拓扑。PWM移相控制全桥转换器就是其中一个深受欢迎的软硬结合的开关电源拓扑，能够在大功率条件下达取得高能效。本文旨在于探讨MOSFET开关管在零压开关（ZVS）转换器内的工作特性。
　　1.前言
　　零压开关移相转换器的市场定位包括电信设备电源、大型计算机或服务器以及其它的要求功率密度和能效兼备的电子设备。要想实现这个目标，就必须最大限度降低功率损耗和无功功率，通过提高转换器的开关频率是一个可行的办法，但是高开关频率会导致开关损耗上升，这与提高能效的目标背道而驰。有效的解决办法是采用零压开关（ZVS）或零电流开关（ZCS）转换器拓扑，这种方法确保开关管在状态转换前是零电压或零电流，特别值得一提地是，零压开关方法可保证开关管在导通前管两端为零电压，从而消除了开关电流和电压波形重叠导致的功率损耗问题。过零开关方法有很多优点，例如，线性控制恒频工作、在功率电路内整合杂散电容或电阻、低EMI电磁干扰，但是缺点也不少，例如，移相控制器设计复杂、整流管振荡频率和过冲现象、轻载条件下的软开关损耗。最近，集成化控制器的上市降低了移相控制器设计的复杂程度，同时选择专门的开关管可以解决轻载开关功耗问题。MOSFET的某些电特性有助于系统降低故障概率。本文介绍故障概率最高的开关顺序。
　　2.零压开关拓扑介绍
　　基本移相转换电路是由四个开关管组成，每个桥臂有两个开关管。因为工作模式的原因，两个桥臂的开关管不会同时改变状态，总是一个桥臂比另一个桥臂先改变开关状态。第一个改变状态的通常被称作“超前桥臂”，而另一个被称作“滞后桥臂”。如图1所示，开关管Q1和Q2表示“超前桥臂”，开关管Q3和Q4表示“滞后桥臂”。
　　
　　图1：移相零压开关全桥电路
　　通过设定相移时间，可以控制输出功率。具体地讲，输出功率大，相移时间设定长短一些；输出功率小，相移时间设定长一些，这种方法可以控制开关阶段。