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电池供电离线UPS逆变器 - MOSFET选择策略详解

2012年04月03日 11:15 本站整理 作者:秩名 用户评论(0

  电池供电离线UPS逆变器

  在中压应用中,飞兆半导体的PowerTrench MOSFET威廉希尔官方网站 是针对此类逆变器的不错的解决方案。

  相比于相同MOSFET,其开通损耗也降低了约20%,如图5所示。该体二极管具有较低的tRR和QRR。根据表1,低QGD/QGS比提高了逆变器的可靠性。这种MOSFET威廉希尔官方网站 支持离线UPS逆变器。

  开关电源市场

  通过结合改进的电源电路拓扑和概念与改进的低损耗功率器件,开关电源行业在提高功率密度、效率和可靠性方面,正在经历革命性的发展。移相-脉宽调制-零电压开关-全桥(PS-PWM-FB-ZVS)和LLC谐振转换器拓扑利用FRFET MOSFET作为功率开关实现了这些目标。LLC谐振转换器通常用于较低功率应用,而PS-PWM-FB-ZVS则用于较高功率应用。这些拓扑具有以下优势:减少了开关损耗;减少了EMI;相比准谐振拓扑减少了MOSFET应力;由于增加了开关频率,提高了功率密度,因而减小了散热器尺寸和变压器尺寸。

  用于移相全桥PWM-ZVS转换器和LLC谐振转换器应用的MOSFET要求包括:具有较低tRR和QRR以及最佳软度的快速软恢复体二极管MOSFET,这能提高dv/dt和di/dt抗扰性,降低二极管电压尖峰,并增加可靠性;低QGD和QGD对QGS之比:在轻载下,将出现硬开关,并且高CGD*dv/dt会引起击穿;在关断和导通期间,栅极内部较低的分布ESR对ZVS关断和不均匀电流分布有益;轻载下,低COSS可扩展ZVS开关,此时 ZVS开关变为硬开关,低COSS将减少硬开关损耗;该拓扑工作在高频下,需要优化的低CISS MOSFET。

  以上应用推荐使用FRFET、UniFET II和SupreMOS MOSFET。常规MOSFET体二极管会引起失效。例如SupreMOS MOSFET FRFET MOSFET(FCH47N60NF)就适用于此拓扑,因为tRR和QRR已有改进。另外,会引起失效的活跃二极管也已改进。

  离线式AC/DC

  通常,AC电源经整流输入大电容滤波器,且从该电源抽取的电流为大振幅窄脉冲,该级形成了SMPS的前端。大振幅电流脉冲将产生谐波,而引起对其它设备的严重干扰,并减少可以获得的最大功率。失真的线路电压将引起电容器过热、电介质应力和绝缘过压;失真的线路电流将增加配电损耗,并减少可用功率。利用功率因数校正,可以确保符合管理规范,减少因上述应力而导致的器件失效,并通过增加从电源获得的最大功率,改进器件效率。

  功率因数校正是一种使输入尽可能变成纯阻性的方法。与典型的SMPS只有0.6到0.7的功率因数值相比,这非常令人满意,因为电阻具有整功率因数。这使得配电系统能够以最高效率运行。

  功率因数控制升压开关的要求包括:

  低QGD×RSP品质因数。QGD和CGD会影响开关速率,低CGD和QGD会减少开关损耗,低RSP会减少传导损耗。

  对于硬开关和ZVS开关,低COSS将减少关断损耗。

  低CISS将减少栅极驱动功率,因为PFC通常工作在100KHz以上的某个频率。

  高dv/dt抗扰能力以实现可靠运行。

  如果需要MOSFET并联,高栅极阈值电压(VTHGS)(3~5V)可以提供帮助,并且其提供的抗扰性可经受dv/dt状况再次出现带来的影响。

  动态开关期间,MOSFET寄生电容的突变会导致栅极振荡,而增加栅极电压。这会影响到长期的可靠性。

  栅极ESR非常重要,因为高ESR会增加关断损耗,尤其是在ZVS拓扑中。

  针对这一应用,推荐使用UniFET、UniFET II、常规SuperFET和SupreMOS MOSFET。FCH76N60N是市场上采用TO-247封装、具有最低RDS(ON)的超级结MOSFET之一。通过SupreMOS威廉希尔官方网站 ,设计工程师可以提高效率和功率密度。FCP190N60是最新加入到SuperFET II系列MOSFET的产品。相比SuperFET I MOSFET,RSP改善了1/3,使之成为离线AC-DC应用的理想选择。

  次级侧同步整流:同步整流也被称为“有源”整流,它采用MOSFET替代二极管。同步整流用于提升整流效率。通常,二极管的压降会在0.7V至1.5V之间变化,而在二极管中产生较高功率损耗。在低压DC/DC转换器中,该压降非常显著,将导致效率下降。有时会使用肖特基整流器来代替硅二极管,但由于电压升高,其正向压降也将增加。在低压转换器中,肖特基整流无法提供足够的效率,因而这些应用需要同步整流。

  现代MOSFET的RSP已经显著减小,并且MOSFET的动态参数也已得到优化。当二极管被替换为这些有源受控MOSFET,便可实现同步整流。如今的MOSFET能够仅有几毫欧的导通电阻,并且可以显著降低MOSFET的压降,即便是在大电流下。相比二极管整流,这显著地提高了效率。同步整流不是硬开关,它在稳态下具有零电压转换。在导通和关断期间,MOSFET体二极管导通,使得MOSFET的压降为负,并引起CISS增加。由于这种软开关,栅极恒压(plateau)转变为零,从而有效地减少了栅极电荷。

  以下是对同步整流的某些主要要求:低RSP;低动态寄生电容:这减少了栅极驱动功率,因为同步整流电路通常工作在高频下;低QRR和COSS减少了反向电流,当此拓扑工作在高开关频率下会成为一个问题,在高开关频率下,此反向电流充当了大漏电流;需要低tRR、QRR和软体二极管来避免瞬时击穿并降低开关损耗。导通为零电压开关。在MOSFET通道关断后,体二极管再次导通,当次级电压反向时,体二极管恢复,这将增加击穿的风险。活跃二极管可能需要在每个MOSFET上跨接一个缓冲电路;低QGD/QGS比。

  采用飞兆半导体PowerTrench威廉希尔官方网站 ,RSP、COSS、CRSS、和QGD/QGS比均得以降低。PowerTrench MOSFET推荐用于次级有源整流。对于相同RDS(ON),PowerTrench的晶圆尺寸大约减小了30%,RSP减少了30%,因而在同步整流中降低了传导损耗。

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( 发表人:电子大兵 )

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