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2019.10.09 AC/DC

小结

使用SiC-MOSFET的隔离型准谐振转换器的设计案例

此前共用19个篇幅介绍了“使用SiC-MOSFET的隔离型准谐振转换器的设计案例”,本文将作为该系列的最后一篇进行汇总。

该设计案例中有两个关键要点。一个是功率开关中使用了SiC-MOSFET。SiC-MOSFET与Si-MOSFET相比,具有损耗低且高温环境下工作特性优异的特点。另一个是开关拓扑选用了准谐振方式。准谐振方式具有噪声低且效率高的特点。通过这些组合,可设计出高耐压、高效率、低噪声的AC/DC转换器。对于近年来的主要课题–节能来说,SiC功率元器件是功不可没的。

此次使用的电源IC为准谐振控制器,SiC-MOSFET是外置的。目前ROHM正在开发SiC-MOSFET内置型转换器IC。内置Si-MOSFET的转换器IC有很多,但ROHM内置SiC-MOSFET的转换器IC为全球首发。

接下来是该系列的所有项目及其关键要点一览。

<使用SiC-MOSFET的隔离型准谐振转换器的设计案例>

  1. 前言

    关键要点

    ・准谐振方式的隔离型AC/DC转换器的设计案例。

    ・功率开关中使用SiC-MOSFET。

  2. 设计中使用的电源IC:专为SiC-MOSFET优化

    关键要点

    ・在使用电源IC的设计中,要使用SiC-MOSFET需要专用的电源IC。

    ・SiC-MOSFET和Si-MOSFET的栅极驱动电压VGS不同。

    ・设计中使用了SiC-MOSFET驱动用AC/DC转换器控制IC:BD7682FJ-LB。

  3. 设计案例电路

    关键要点

    ・准谐振方式是利用了变压器一次绕组的电感和谐振电容器的电压谐振的自激式反激转换器。

    ・利用准谐振方式可降低开关损耗和噪声。

  4. 变压器T1的设计 其1

    关键要点

    ・分步骤计算变压器T1的铁芯尺寸、一次侧电感值、各个匝数。

    ・可按照与设计篇第一篇“隔离型反激式转换器电路设计”相同的思路进行计算。

  5. 变压器T1的设计 其2

    关键要点

    ・分步骤计算变压器T1的铁芯尺寸、一次侧电感值、各个匝数。

    ・可按照与设计篇第一篇“隔离型反激式转换器电路设计”相同的思路进行计算。

  6. 主要部件的选型:MOSFET Q1

    关键要点

    ・MOSFET Q1使用本设计主题之一的“SiC-MOSFET”。

    ・MOSFET的选型需要考虑最大Vds、峰值电流、导通电阻的损耗、封装的最大容许损耗等。

    ・以Ippk×2左右作为ID额定值的大致选择标准。

    ・Vds通过公式来计算。

  7. 主要部件选型:输入电容和平衡电阻

    关键要点

    ・输入电容采用串联方法,以获得所需的耐压。

    ・串联电容时,需要插入平衡电阻以确保施加于各电容的电压均衡。

    ・由于平衡电阻只是产生IR损耗,因此需要注意电阻值。

  8. 主要部件选型:用来设置过负载保护点切换的电阻

    关键要点

    ・过负载保护校正功能是这款IC的功能,当输入电压超过设置值时,通过降低电流限制电平来降低损耗功率,从而使过负载时的保护更可靠。

    ・切换电压根据R20的电阻值(按文中给出的公式计算)设置。

  9. 主要部件选型:电源IC的VCC相关部件

    关键要点

    ・IC的电源VCC由利用了二次侧输出的VCC绕组生成。

    ・启动时未发生二次侧输出,因此另行设置启动用电压供给电路。

    ・为了避免VCC OVP的误动作,需要用来抑制VCC绕组的浪涌电压的电阻。

  10. 主要部件选型:电源IC的BO(Brown-out)引脚相关部件

    关键要点

    ・欠压保护功能是当输入电压VIN低于正常工作所需的电压时停止开关工作的保护功能。

    ・给BO引脚施加将VIN电阻分压后的电压,设置工作开始电压和停止电压。

    ・常数计算遵循公式。

  11. 主要部件选型:缓冲电路相关部件

    关键要点

    ・为了抑制输入中的变压器漏电感引发的浪涌,可添加缓冲电路。

    ・缓冲电路基本上采用RCD型电路,要想获得更优异的保护性能,可添加TVS二极管。

  12. 主要部件选型:MOSFET栅极驱动调整电路

    关键要点

    ・调整栅极驱动信号,并优化开关晶体管的损耗和噪声。

    ・加快开关的上升/下降时间可减少损耗,但开关噪声会变大。

  13. 主要部件选型:输出整流二极管

    关键要点

    ・输出整流二极管使用快速恢复二极管或肖特基势垒二极管。

    ・选用规格为电压70%、电流50%左右的产品。

  14. 主要部件选型:输出电容器、输出设置及控制部件

    关键要点

    ・输出电容器取决于输出负载容许的Peak-to-Peak纹波电压(ΔVpp)和纹波电流。

    ・输出电压设置电阻可通过技术规格书中给出的公式计算。

    ・反馈信号调整部件根据技术规格书中给出的常数来选型。

  15. 主要部件选型:电流检测电阻及各种检测用引脚相关部件

    关键要点

    ・各检测用引脚所需的部件根据技术规格书和设计手册进行设置。

    ・如果噪声进入检测用引脚,可能会导致误动作等问题,因此可以考虑增加电容器或RC滤波器。

  16. 主要部件选型:EMI及输出噪声对策部件

    关键要点

    ・可增加输入滤波器、Y-Cap、输出整流二极管的缓冲电路作为EMI对策。

    ・可在输出端增加LC滤波器作为输出噪声对策。

    ・无论采用何种方法,都需要确认噪声的影响并调整部件常数。

  17. PCB板布局示例

    关键要点

    ・使用SiC MOSFET或准谐振转换器时,PCB的布局原则基本相同。

  18. 案例中的电路和部件清单

    关键要点

    ・使用示例电路测试并探讨效率。

    ・电路部件仅为参考示例,具体可根据情况进行不同的选择。

  19. 评估结果:效率和开关波形

    关键要点

    ・使用示例电路测试并探讨效率。

    ・电路部件仅为参考示例,具体可根据情况进行不同的选择。

本篇章至此结束。

PWM方式反激式转换器设计手法