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2017.05.11 AC/DC

绝缘型反激式转换器电路设计:主要部件的选定-MOSFET相关(二)

AC/DC PWM方式反激式转换器设计方法

在“主要部件的选定-MOSFET相关 其1”中选定MOSFET Q1,接下来将建构MOSFET外围的电路。

首先,来重温电路工作。以D4、R5、R6调整从IC的OUT(PWM输出)端输出的信号,让MOSFET Q1能够正确工作,然后再驱动MOSFET的栅极。MOSFET Q1开/关经过整流且流向变压器 T1一次侧的高电压,将其电能传送至二次侧。Q1在ON时Ids流动,但因为并非无限制流动,是故利用R8检测电流并加以限制。

首先,本稿决定调整MOSFET栅极驱动的电路、二极管 D4、电阻R5、R6,其次,决定限流和斜率补偿上必要的电流检测电阻R8。

MOSFET 栅极电路 R5、R6、D4

9A_mosfet

为了驱动MOSFET,从电源IC的PWM输出的输出信号,但如果直接和MOSFET的栅极相接,反而无法获得最佳工作状态,必须配合电路和要求的特性进行调整。具体来说,就是将MOSFET的开关损耗和噪声优化。

分别调整MOSFET的ON和OFF的速度,在开关损耗和开关噪声的妥协点工作。所谓妥协点,正是因为开关损耗和开关噪声互呈反比所形成的。提升开关速度后,开关损耗将减少。然而,开关速度变快时,电流会急剧发生变化,造成开关噪声变大。

栅极电路的常量是难以经由事先决定的公式计算出来。因此,从电源IC技术规格的电路图上,所标示的数值开始,最后再实机工作看看,确认MOSFET温度上升是否位在容许范围内,也就是检查开关损耗。此外,还要进行开关噪声的测量,确认其在适当的范围。

  • MOSFET ON时的速度用R5和R6进行调整
  • MOSFET OFF时的清电荷用二极管D4,以R5进行调整

选择工作电流模式的不连续模式后,MOSFET ON时基本上不会发生开关损耗,而OFF时损耗则可控制的。为减轻MOSFET OFF时的开关损耗,缩小R5且提升OFF速度,但电流急剧变化,造成开关噪声变大。此次范例电路中提出了下列几项。

  • R5=22Ω 0.25W、R6=150Ω、D4:RB160L-60 (肖特基二极管 60V/1A)

为了在MOSFET OFF时,高速消除栅极电荷,而使用了二极管 D4。损耗变小且高速,因此选择肖特基势垒二极管。

作为注意事项,由于脉冲电流会流过R5,因此请确认使用的电阻能承受脉冲电流。

电流检测电阻 R8

和MOSFET源极相接的电阻中,源极端和电源IC的CS引脚相接,另一端则是和GND相接。MOSFET OFF时,利用流向R8的电流所产生电压下降现象,驱动CS引脚。就功能而言,拥有限制流向一次侧的电流、在针对输出过负载的保护、控制电流模式的斜率补偿3个功能。CS引脚的详细内容请参照电源IC BM1P061FJ的技术规格。

由于拥有多种功能,因此有时会因为变压器一次侧的电感,以及输入电压而受到限制,经由下列公式计算出R8。Ippk或Duty则是在“变压器设计(数值计算)”来计算。Vcs根据BM1P061FJ的CS引脚电压的规格计算为0.4V。

expression01

计算结果R8为0.2Ω。

此外,经由下列公式计算出检测电阻R8的损耗P_R8。

expression02

考虑计算结果和耐脉冲电流,选择能承受1W以上的容许电阻。就算功率额定值相同,也可能因为电阻构造等,而改变耐脉冲电流特性,因此必须向所用电阻厂商确认。

因而,本节决定了MOSFET四周部件的常量。在计算公式之外,再根据经验法则和实机确认等,或许仍无法完全了解,而电源设计上却存在许多这类的情况。

关键要点:

・为了控制开关用晶体管(MOSFET)的工作,依据电源IC的规格设计电路。

・请遵照电源IC的技术规格中,所记载的决定电路、常量的方法等内容。

PWM方式反激式转换器设计手法