摘要 – 近几年来，开关电源商场对高能效、大功率体系的需求不断进步，在此拉动下，规划人员转向寻觅电能损耗更低的转化器拓扑。PWM移相操控全桥转化器便是其间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获得高能效。本文旨在于讨论MOSFET开关管在零压开关(ZVS)转化器内的作业特性。
1. 前语
零压开关移相转化器的商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。要想完结这个方针，就有必要最大极限下降功率损耗和无功功率，经过进步转化器的开关频率是一个可行的办法，可是高开关频率会导致开关损耗上升，这与进步能效的方针各走各路。有用的处理办法是选用零压开关(ZVS)或零电流开关(ZCS)转化器拓扑，这种办法确保开关管在状况转化前是零电压或零电流，特别值得一提地是，零压开关办法可确保开关管在导通前管两头为零电压，然后消除了开关电流和电压波形堆叠导致的功率损耗问题。过零开关办法有许多长处，例如，线性操控恒频作业、在功率电路内整合杂散电容或电阻、低EMI电磁搅扰，可是缺陷也不少，例如，移相操控器规划杂乱、整流管振动频率和过冲现象、轻载条件下的软开关损耗。最近，集成化操控器的上市下降了移相操控器规划的杂乱程度，一起挑选专门的开关管能够处理轻载开关功耗问题。MOSFET的某些电特性有助于体系下降毛病概率。本文介绍毛病概率最高的开关次序。
2. 零压开关拓扑介绍
根本移相转化电路是由四个开关管组成，每个桥臂有两个开关管。由于作业形式的原因，两个桥臂的开关管不会一起改动状况，总是一个桥臂比另一个桥臂先改动开关状况。榜首个改动状况的一般被称作“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表明“超前桥臂”，开关管Q3和Q4表明“滞后桥臂”。
图1：移相零压开关全桥电路
经过设定相移时刻，能够操控输出功率。详细地讲，输出功率大，相移时刻设定长短一些;输出功率小，相移时刻设定长一些，这种办法能够操控开关阶段。
图2.换向次序
调查图2所示的信号次序，不难理解Q3和Q4开关管是在别的两个开关管开关操作彻底完毕后才进行开关操作。换句话说，“超前桥臂”开关管Q1和Q2的导通或关断动作总是在“滞后桥臂”开关管Q3和Q4之前产生。由于开关次序的原因，“超前桥臂”开关管有必要阅历续流阶段，而“滞后桥臂”开关管没发现有这个进程。下表是开关次序表。
表1.
由于只有当开关管两头电压为零时才导通，所以这种操控办法能够下降开关损耗。图3所示是一个典型的移相(P-S)零压开关转化器的电流和电压波形。
图3.移相ZVS FB 直流-直流转化器典型波形
调查图3高亮部分，不难发现Q4电流信号是由两部分组成。榜首部分电流流经开关管源极至漏极间的沟道和体效应二极管，而第二部分电流只流经MOSFET漏极至源极间的内部沟道。变压器电压极性一变，电流方向就当即回转。滞后桥臂开关管Q2(请查原文承认是否有笔误)运用这个开关次序，过零时改动开关状况，当两头电压为零时开端导通，完结零压开关操作。留意Q4开关管的信号，特别是电流信号，当电流改动方向时，电压下降。由于电流是由两部分组成，所以去除体效应二极管内少量载流子所用的时刻(trr)比典型测验时刻短。少量载流子的浓度主要与重组的寿数相关。因而，引荐该拓扑运用反向康复速度快的开关管。下面咱们讨论这个问题引起的潜在毛病。
3. 开关管的潜在毛病
如前述，在零压开关状况转化进程中，MOSFET开关管Q4的内部体二极管参加开关操作，导通时刻由负载巨细来确认。为了调整输出电流，两个桥臂之间的移相时刻是可变的，因而，体效应二极管导通时刻从大功率时短时刻变为轻载短时刻。
图4.重载时的典型波形
图5.轻载时的典型波形
让咱们比较一下这两种状况，图5轻载条件少量载流子重组可用时刻比图4重载重组可用时刻少，或许比完结整个操作所需的时刻还要短。仔细调查这个比如，咱们发现轻载是产生这种危险的最要害的条件。
如图6所示，红虚线代表不同的康复时刻，表明当没有运用合适的器材时或许产生毛病的状况。咱们用三条不同的线模仿三个不同的康复时刻，其间两条线代表安全状况，而第三条则代表或许产生毛病的状况。在最终一个状况中，康复时刻不足以让MOSFET内部的少量载流子彻底康复。
图6.超前开关管上的典型波形
为下降这种电应力导致的毛病危险，应挑选trr和 Qrr两个参数较小的MOSFET开关管。咱们在前面介绍了几种处理ZVS拓扑的毛病形式的半导体技能，现在有多款反向康复时刻短且dv/dt耐受性强的MOSFET，合适更高频率的ZVS全桥使用。这些办法还能让开关电源厂商进步电源体系的牢靠性。图6所示是超前桥臂的开关管的电流波形。咱们还能够对滞后桥臂开关做相似的剖析。不同于超前桥臂的开关管，滞后桥臂开关管的导通阶段包括内部体效应二极管的反向康复操作。在这种状况下，假如选用与超前桥臂相同的开关管，就不会出现问题(图7)，由于滞后桥臂开关管有更多的时刻用于反反向康复。
图7.滞后开关管上的典型波形
4. 定论
本文讨论了MOSFET晶体管在移相零压开关转化器内的潜在毛病危险。经过剖析这个特定拓扑的开关状况转化次序，本文要点剖析了毛病或许产生的要害作业条件，以及在这个拓扑内对电应力最灵敏的方位。依照开关次序将这个拓扑分为“超前桥臂”和“滞后桥臂”两部分，本文讨论了MOSFET晶体管的某些电特性，还提出了一个产品选型思路。在选型的时分，有必要考虑超前桥臂对trr和Qrr约束要求。挑选正确的开关管能够进步体系牢靠性，下降开关管失效可概率，获得稳健牢靠的规划。
