筆者以前研究了一種準諧振電源轉換器,其極簡化的形式如圖1所示。

這個電路中有一對推挽式(push-pull)功率MOSFET,它們以尋常的交替方式導通和關斷,當每個導通時,其汲極到源極電流Ids將再次沿著正弦曲線上升和下降。這個曲線的輪廓由C1與電路淨電感的串聯諧振所設定,這個淨電感等於L1、L1次級繞組的漏電感,以及初級繞組任一側工作在該半週期時的漏電感之和。

20200217TA31P1 圖1 準諧振推挽逆變器的簡化設計。

該波形輪廓是由於LC諧振所產生,但因為涉及開關事件,所以該過程實際上是準諧振。

如果初級繞組的兩半完全相同,則它們的漏電感也將完全相同,並且儘管兩個電流i1和i2的相位差為180°,但它們的波形也將完全相同(圖2)。如果諧振恰好如此,則每個MOSFET都會在該MOSFET的Ids降回到零的那一刻關斷。

20200217TA31P2 圖2 理想的準諧振開關波形。

美中不足的是,初級繞組的兩個半部分並不完全相同。從它們的構造方式來看,它們的漏電感有些許不同,從而會導致開關誤差,如圖3所示。

20200217TA31P3 圖3 漏電感不一致引起開關誤差。

如果漏電感大於標稱值,那麼當該側的MOSFET與i1一樣被關斷時,Ids可能還不會降到零。另一方面,如果漏電感小於標稱值,則Ids不僅會達到零,而且會開始朝相反的方向流動,直到MOSFET與i2一樣被關斷。

在實際設備中可以稍微調整驅動頻率,使電路的一側表現「完美」,但另一側卻會帶來很大的「開關誤差」。試圖在雙方之間達成折衷這種方式也不夠好。

本文最開始的C1是0.068μF,目標LC諧振是100kHz。根據標準的諧振方程,上述電感之和為37.25μHy(這也就決定了T1的匝數比),其中大部分是L1提供,但是開關不平衡和由此產生的開關誤差可能過於嚴重。

因此,將C1的值從0.068μF下調到0.022μF,相應地,目標電感值上升到115.1μHy。這樣,L1的電感就適當增大,並得到圖4的結果。

20200217TA31P4 圖4 調整電容電感值減少了開關誤差。

因為T1初級線圈的兩半部分總會有少許不平衡,所以永遠無法完全消除開關誤差。但是,我們能夠將這些開關誤差減小到可以容忍的小水準。

(參考原文: Reduce switching errors in a quasi-resonant power converter,by John Dunn)

本文同步刊登於EDN Taiwan 2020年2月號雜誌