把零电压开关技术应用在降压稳压器上
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2020-08-08
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把零电压开关技术应用在降压稳压器上把零电压开关技术应用在降压稳压器上
本文介绍了为何需要零电压开关和如何把零电压开关技术应用在降压稳压器上
对降压稳压器的关键要求通常是尺寸和效率。由于印制电路板面积弥足珍贵，哪个设计人员也不愿意分配额外的空间给功率设
计方案。此外，由于单片机和数字信号处理器(DSP)不断推陈出新, 电路板设计方案也不断升级,尽管功率有所增加，但产品尺
寸却不能增大了。因此，高密度稳压器便随着最新IC集成度的提高、MOSFET技术的提升及封装工艺的改良而不断发展。纵
使这样, 这些稳压器还是无法满足新系统的应用要求。尤其是系统内部的功率密度正日益提高。其主要原因是开关损耗阻碍稳
压器MOSFET的内部性能。如果不从根本上解决这些损耗问题，那么只能期望一些微小的性能提升。
为何需要零电压开关
作为Vicor的子公司，Picor半导体长期专注在提供高性能的、基于硅的电源转换与电源管理解决方案。Picor市场营销及业务发
展副总裁Robert Gendron分析说，造成开关损耗的主要原因在于：一是，硬开关。现今, 大多数非隔离降压稳压器拓扑的开关
损耗都很大。原因是在导通和关断期间, MOSFET同时承受高电流和高电压应力。当开关频率与输入电压增高时，这些损耗同
时增大, 限制了其可以达到的最高工作频率、效率和功率密度。二是，栅极驱动损耗。由于栅极驱动电路内的米勒电荷的功耗
较高, 导至硬开关拓扑结构的栅极驱动损耗也较高。三是，本体二极管传导。当高电平端MOSFET导通和关闭时, 高脉动电流
通过低电平端MOSFET的本体二极管。本体二极管导通的时间越长，反向恢复损耗和本体二极管传导损耗便愈高。本体二极
管传导也会造成破坏性的过冲和振铃。开关损耗还限制了稳压器的开关频率，开关频率越高，MOSFET开关时间就越长，损
耗就越大。如果开关不能在高频率切换，将限制更小型无源组件(电阻、电容和电感)的使用，从而使稳压器密度受到影响。众
多电子设计师希望在负载点使用零电压开关 (ZVS)。
针对上述问题，Picor引入了一个高性能、高度集成、软开关降压稳压器平台, 可高频工作，大幅度地降低开关损耗，提高效
率。
PI33XX Cool-Power ZVS降压稳压器拓朴图(a)与传统降压稳压器拓朴(b)比较
PI33XX产品特性
Picor PI33XX Cool-Power ZVS降压稳压器系列产品是Picor刚刚推出的新产品，Picor首席应用工程师Chris Swartz介绍说，该
降压稳压器可提供最大的功率密度和高效负载点DC-DC稳压。这款独特的高密度降压稳压器，在一个表面安装封装内
(10mm×14mm×2.56mm LGA封装系统(SIP))高度集成了高性能零电压开关拓扑以及功率和辅助组件。增加了点负载性能，能
提供业界一流的效率，峰值效率高达98%。可为板级设计师提供最高的功率密度及设计灵活性。
PI33XX 降压稳压器可将8V~36V的输入电压转换为1V~16V的输出电压，输出电流高达10A，输出功率高达120W。无需任何
额外的元件，采用单线均流方式，交错使用6个PI33XX降压稳压器，可进一步增加输出功率。
Chris Swartz说，同传统稳压器采用的硬开关拓扑相比，零电压开关拓扑是一种软开关拓扑，PI33xx的软开关技术具有更高的
效率以及更高的密度性能。零电压开关拓扑通常是成就高性能隔离电源的因素。在PI33xx内部集成零电压开关拓扑，实乃业
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