在深入讨论移相全桥(Phase-Shifted Full-Bridge, PSFB)电源设计的若干议题之前,需要了解该技术的基本概念。PSFB是一种广泛应用于电源转换领域的拓扑结构,它通过在两个半桥之间引入一个可调的相位差(即移相)来优化功率管的开关过程,并实现软开关操作以提高效率和性能。 死区时间是指在功率开关器件(如MOSFET或IGBT)的开关动作中,两个器件转换过程中存在一个不导通的时间段。这段非重叠时间的设置对于移相全桥电源设计至关重要,尤其是在解决传统设计中遇到的问题时。 在PSFB设计中,超前臂与滞后臂的工作特性不同,因此需要分别考虑死区时间的设置。超前臂的死区时间主要取决于MOS管的下降延迟时间td(off)和下降时间tf。为了避免体二极管在上管开通时反向恢复,超前臂的死区时间仅需略大于td(off)+tf即可。 对于滞后臂,死区时间的设置需考虑两个因素。其一,为了实现滞后臂的零电压开关(ZVS),死区时间应设定为谐振周期的四分之一。这有助于减小MOS管的开关损耗,并且在理想情况下,使滞后臂在原边电流为零时开通,避免了直通风险。其二,为确保滞后臂可靠工作,死区时间需要大于td(off)+tf,以防止上管在下管体二极管反向恢复期间开通。 在实际应用中,可能会出现死区时间过长的情况,导致滞后臂在死区时间内产生多次有阻尼的震荡。这可能会引起设计上的误区,以为超前臂的死区时间设置错误。但实际上,这是由于滞后臂在特定条件下,原边电流与谐振电感及电容产生谐振而引起的。 在电源设计中,设计者需要深入理解这些工作过程和动态特性,才能正确地设置死区时间,以保证电源的高效稳定运行。对于低频应用,死区时间设置不当对效率的影响相对较小,但在高频应用中则会显著影响效率。此时,设计者可采取增加谐振电感的电感量、选用具有较大输出电容的MOS管等措施。此外,还可以在滞后臂MOS管外部并联电容以增加谐振周期,但这在低压大电流输入时可能带来轻载损耗增加和电容发热问题。 PSFB拓扑中死区时间的设置是一个复杂的过程,它依赖于拓扑结构、元件特性以及应用频率等多种因素。理解并正确设置死区时间对于提高移相全桥电源的性能、可靠性以及效率至关重要。在李涛涛的研究中,他基于两年多的PSFB电源设计经验,总结了这些实际遇到的问题和解决方案,为后续的研究者和工程师提供了宝贵的经验和参考。
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