導(dǎo)言

在車輛電氣系統(tǒng)中,高低壓直流/直流轉(zhuǎn)換器是一種可逆的電子裝置,它將直流從車輛的高壓(400V或800V)電池變?yōu)榈椭绷麟妷?12V)。這些轉(zhuǎn)換器可以是單向或雙向的。從1千瓦到3千瓦的功率水平是典型的,轉(zhuǎn)換器的高壓電網(wǎng)(主端)需要650V至1200V的組件,12V電網(wǎng)(副端)需要至少60V的組件。

由于需要更大的功率密度和更小的動(dòng)力系統(tǒng),電力組件的開關(guān)頻率增加到幾百千赫茲,以幫助縮小磁性組件的尺寸。高低壓直流/直流變換器的小型化暴露了許多在較低開關(guān)頻率上不重要的問(wèn)題,如電磁兼容性(EMC)、熱耗散和金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管的有源鉗。在這個(gè)電源提示中,我將討論同步整流器的高開關(guān)頻率的MOSIFT夾緊電路的設(shè)計(jì)。

傳統(tǒng)的有源鉗位

全橋(psfb)圖 圖1 是在高低壓直流/直流應(yīng)用中很受歡迎的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu),因?yàn)樗梢詫?shí)現(xiàn)開關(guān)的軟開關(guān),以提高轉(zhuǎn)換器的效率。但是,您仍然可以看到同步整流器的高壓應(yīng)力,因?yàn)樗募纳娙莨舱褡儔浩餍孤╇姼小Ｕ髌鞯碾妷簯?yīng)力可能高達(dá)方程1:

Vds_max = 2VIN x (Ns/Np) (1)

當(dāng)NP和NS分別是變壓器的主繞組和二次繞組時(shí)。

考慮到高低壓直流/直流轉(zhuǎn)換器的功率水平和電阻-電容-二極管緩沖器的功率損失,設(shè)計(jì)者經(jīng)常使用有源卡環(huán)電路同步整流器MOSIFT。圖1顯示了典型電路。

圖1 傳統(tǒng)的PsFB同步整流器有源鉗位電路。

在這個(gè)示意圖中,你可以看到P通道金屬氧化物半導(dǎo)體(PMO)Q9和緩沖電容器,它們是主動(dòng)鉗位電路的主要部分。緩沖電容器的一個(gè)端子連接到輸出節(jié)流器,而PMO的來(lái)源連接到地面。在傳統(tǒng)的有源鉗電路中,同步整流器MOSFETQ5和Q7具有相同的方案;Q6和Q8也是如此。當(dāng)同步整流器MOSIFT關(guān)閉后,PMO將在適當(dāng)?shù)难舆t時(shí)間內(nèi)打開。

圖2 給出了psfb的控制方案和有源鉗位.你很容易就會(huì)發(fā)現(xiàn)PMO的開關(guān)頻率是F的兩倍。 元素 .

圖2 動(dòng)態(tài)夾位控制方案Q9中的開關(guān)頻率對(duì)F的影響 元素 .

主動(dòng)鉗位損失評(píng)估

您可以使用方程2,方程3,方程4,方程5,和方程6來(lái)評(píng)估活性鉗位PMO的損失。除P外 一態(tài) ,所有其他損失與F成正比 元素 .當(dāng)PMO的開關(guān)頻率增加一倍時(shí),損耗增加一倍,所以您需要解決PMO的熱問(wèn)題。當(dāng)推動(dòng)F的時(shí)候更糟糕的是 元素 以滿足小型化的需求。

Pon_state = Irms2 x Rdson (2)

Pturn_on = 0.5 x Vds x Ion x ton x fsw (3)

Pturn_off = 0.5 x Vds x Ioff x toff x fsw (4)

Pdrive = Vdrv x Qg x fsw (5)

Pdiode = Isnubber x Vsd x td x fsw (6)

擬議的有源鉗位

你能做什么?選擇性能較好的PMO還是選擇電導(dǎo)系數(shù)較高的熱潤(rùn)滑脂?兩者都是可以的,但是請(qǐng)記住,由主動(dòng)鉗位引起的熱問(wèn)題仍然集中在一部分,使問(wèn)題難以解決。我們能把熱分解成幾個(gè)部分嗎?一種可行的方法是使用兩個(gè)有源鉗位電路,并將緩沖電容器的端子連接到第二段的開關(guān)節(jié)點(diǎn),作為 圖3 顯示。然后,你只能在第五季和第七季之后打開第11季,而在第六季和第八季之后打開第10季。 圖4 介紹了PSFB的控制方案和所提出的有源鉗.

圖3 建議的PsFB同步整流器有源鉗位電路。

圖4 psfb控制方案及主動(dòng)鉗的設(shè)計(jì)。

當(dāng)Q5和Q7關(guān)閉時(shí),Q6和Q8仍然開著。因此,您可以定位Q5和Q7的卡環(huán),如圖3的綠色箭頭所示。Q10和Q11的開關(guān)頻率均為F 元素 ,不是加倍的 元素 .

因此,根據(jù)方程2,方程3,方程4,方程5,方程6,p 一態(tài) 每一個(gè)私人投資組織將有四分之一的原件, 轉(zhuǎn)動(dòng)_on ,p 關(guān)閉的 ,p 開車, 和P 偶極管 會(huì)是原作的一半。顯然,該方法將鉗位電路的損耗分為兩部分,甚至更少,從而更容易處理熱問(wèn)題。

讓我們回到夾環(huán)。q5的環(huán)路比Q7要大;它類似于Q6和Q8。您需要注意同步整流器的布局,以獲得一個(gè)最小的卡環(huán)Q5和Q6。

擬議主動(dòng)鉗位性能

圖5 和 圖6 顯示，它使用的是在200KKZ開關(guān)頻率下工作的主動(dòng)鉗位電路。圖5顯示整流器的電壓應(yīng)力。

圖5 以C1為V值的整流器的電壓應(yīng)力 通用汽車公司 在整流器中,CH2是V 數(shù)據(jù)交換系統(tǒng) 整流器中,CH3是主變壓器繞組的電壓,CH4是主變壓器繞組的電流。

C1是V 通用汽車公司 在整流器中,CH2是V 數(shù)據(jù)交換系統(tǒng) 整流器中,CH3是主變壓器繞組的電壓,甲烷是主變壓器繞組的電流。整流器的最大電壓應(yīng)力在400V時(shí)低于45V。 在…中 , 13.5 V 在外面 , 250-A I 在外面 .在400伏時(shí),有源鉗位電路的最高溫度為46.6℃ 在…中 , 13.5 V 在外面 , 180-A I 在外面 [2],如圖6所示。因此,所提出的控制方案對(duì)夾持MOSFET具有很好的熱性能。

圖6 400V時(shí)有源鉗位電路最大溫度為46.6℃的有源鉗位電路的熱性能 在…中 , 13.5 V 在外面 , 180-A I 在外面 .

開關(guān)頻率500KZ活性鉗位無(wú)熱問(wèn)題

當(dāng)將開關(guān)頻率從200 kHz提升到500 kHz時(shí)，變壓器的體積將縮小約45% ，這將有助于提高高壓到低壓直流/直流轉(zhuǎn)換器的功率密度。使用所提出的方法，BOM成本將略有增加，但設(shè)計(jì)者可以在500khz開關(guān)頻率下運(yùn)行主動(dòng)鉗位，沒(méi)有熱問(wèn)題，從而提高性能?？紤]到PMOS的脈沖漏電流遠(yuǎn)小于NMOS，設(shè)計(jì)者還可以在隔離驅(qū)動(dòng)器和偏置電源。