降低准谐振电源转换器中的开关误差

shuszhao

我以前研究了一种准谐振电源转换器，它包含一对推挽式功率MOSFET，二者以寻常的交替方式导通和关断。如果初级绕组的两半完全相同，则它们的漏感也完全相同，并且两个电流的波形也完全相同但相位相反。美中不足的是，初级绕组的两半并不完全相同，它们的漏电感也就有些许不同，从而会导致开关误差。

我以前研究了一种准谐振电源转换器，其极简化的形式如图1所示。

图1：准谐振推挽逆变器的简化设计。

这个电路中有一对推挽式功率MOSFET，它们以寻常的交替方式导通和关断，当每个管子导通时，其漏源电流Ids将再次沿着正弦曲线上升和下降。这个曲线的轮廓由C1与电路净电感的串联谐振所设定，这个净电感等于L1、L1次级绕组的漏电感，以及初级绕组任一侧工作在该半周期时的漏电感之和。

该波形轮廓是由于LC谐振所产生，但因为涉及开关事件，所以该过程实际上是准谐振的。

如果初级绕组的两半完全相同，则它们的漏感也将完全相同，并且尽管两个电流i1和i2的相位差为180°，但它们的波形也将完全相同（图2）。如果谐振恰好如此，则每个MOSFET都会在该MOSFET的Ids降回到零的那一刻关断。

图2：理想的准谐振开关波形。

美中不足的是，初级绕组的两个半部分并不完全相同。从它们的构造方式来看，它们的漏电感有些许不同，从而会导致开关误差，如图3所示。

图3：漏感不一致引起开关误差。

如果漏感大于标称值，那么当该侧的MOSFET与i1一样被关断时，Ids可能还不会降到零。另一方面，如果漏感小于标称值，则Ids不仅会达到零，而且会开始朝相反的方向流动，直到MOSFET与i2一样被关断。

在我们的实际设备中可以稍微调整驱动频率，使电路的一侧表现“完美”，但另一侧却会带来很大的“开关误差”。试图在双方之间达成折衷这种方式也不够好。

我们最开始的C1是0.068µF，目标LC谐振是100kHz。根据标准的谐振方程，上述电感之和为37.25µHy（这也就决定了T1的匝数比），其中大部分是L1提供，但是开关不平衡和由此产生的开关误差可能过于严重。

因此，我们将C1的值从0.068µF下调到0.022µF，相应地，目标电感值上升到115.1µHy。这样，L1的电感就适当增大，并得到图4的结果。

图4：调整电容电感值减少了开关误差。

因为T1初级线圈的两半部分总会有少许不平衡，所以我们永远无法完全消除开关误差。但是，我们能够将这些开关误差减小到可以容忍的小水平。
John Dunn是一名电子顾问，他毕业于布鲁克林理工学院（BSEE）和纽约大学（MSEE）。

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