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谐振电路升压转换器可降低超便携式应用开关损耗

时间:2015-09-25  来源:扁平线圈电感厂家  点击:


  模式3(t3 ≤t < t4):如图3所示,当Q关断时,电感电流直接从MOSFET转到Cr。负载电流由输出滤波器提供,输入电压源没有电流流出。因此,利用一个恒定谐振电流,Cr电压从-Vin变为+Vo,如图4所示。在这种条件下,MOSFET漏源电压Vds具有一个斜率,因为它通过谐振电流Ipk从-Vin充电到+Vo。周期Td = t4 - t3之间的时间,可由下式求得:

周期Td(5)

  故此,MOSFET漏极电压正慢慢增加,同时其电流立即从MOSFET转向到电容Cr,从而有效地降低关断损耗。如图3(h)所示,若电容电压VCr超过输出电压幅值,那么D2会变为正向偏置,Cr经由D2-Lr-Do和输出电路相连接。这样一来,当Q关断时,如图4所示,通过输出电压Vo,Vcr得到很好的箝位。

LC谐振升压转换器的工作模式和主要波形

  实验结果

  图5是用具有1.6MHz开关频率的FAN5331实现的LC谐振升压转换器。如图所示,LC谐振相关值有Cr = 53pF、Lr = 4.5mH、L = 10mH。因此,由式(1)可求得谐振周期为Tr=48.5ns。典型的输入电压为5.0V,输出电压设置为15.0V,负载电流为50mA。由开关频率可求得开关周期Ts = 0.625ms,输入输出转换占空比D = 0.67、Ton = 420ns及Toff = 205ns。

FAN5331实现的LC谐振升压转换器


  由式(3)可知,谐振电流峰值Irpk=51.4mA,但实验结果却为40mA。当Vo=Vin=5.0V、Po=750mW时,平均输入电流Iin为176mA、Pin=880mW。故由式(4)可算出峰值电感电流Ipk=280mA。

  图6显示了带有和没有谐振LC网络的传统升压转换器的比较结果。如前关于工作模式中所阐述的,当Q导通时,谐振周期开 始。图7显示了Q导通或关断时的SOA安全工作区域曲线。正如预料,当Q关断时,传统升压转换器的漏极横截面上的电流电压要高得多。漏极横截面上电压电流的详细波形如图8所示。实验结果显示,利用无损LC谐振网络,开关损耗得以有效降低。

带有和没有谐振LC网络的传统升压转换器的比较结果

Q导通或关断时的SOA安全工作区域曲线

漏极横截面上电压电流的详细波形图


  谐振网络中谐振电感电流的实验结果如图9所示。谐振周期Tr 测量值大约为50ns,与Cr=53pF、Lr=4.5mH时根据式(1)计算的结果一致。

谐振网络中谐振电感电流的实验结果图


  图10显示了无损耗谐振LC网络的SOA曲线。比较图7和图10可看出,带有LC谐振网络的升压转换器的SOA比典型的没有LC谐振网络的升压转换器更好。图11比较了带有和没有谐振LC电路的传统升压转换器的效率,由图可见,效率有显著提高,尤其是当DC输入电压较低时。

无损耗谐振LC网络的SOA曲线

比较了带有和没有谐振LC电路的传统升压转换器的效率


  本文介绍了一种可获得更高效率的LC谐振升压转换器电路,给出了详细模式分析和设计指引。实验结果显示,这种LC谐振电路工作良好,可用于超便携式应用以延长电池寿命。

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