高效反激电源设计:零电压开通、高功率密度的USB PD
来源:KIA半导体 发布时间:2023-06-09 分享至微信

如何实现高功率密度的USB PD电源

高频(140K-250K近两年最佳工作频率)、软开关拓扑、平面变压器、可调整的频率法则、较小的共模EMI噪声(可以使用较小的共模滤波器,可使用变压器构造抵消EMI)。


拓扑的选择,如下图为常用的反激拓扑。


准谐振反激(QR)在高压输入时候仍有较大开关损耗。而使用零电压开通更适合。如下图。


有源钳位反激。如下图,但是使用Si器件的话功率密度做不大。在第一个谷底开通,高低压频率变化比较大。


全电压范围零电压开通反激。如下图,增加了一个零电压开关的辅助管,产生负电流,将主功率管Coss两端的电压抽到零。


LLC半桥,如下图。效率很高,但不适合宽电压输入输出,不太适合宽压USB PD的设计。


不对称半桥反激,如下图。与LLC类似但是还是反激的架构。通过电感和谐振电容储能,可以适合宽压输入输出。


基于强制谐振反激零电压开通拓扑设计与分析

电路增加了一个零电压开通的辅助管,如下图。


工作过程:在t0时刻,主MOS开通,在t1时刻关断主功率管,这部分与传统反激一样。主功率管关断之后,励磁电流对主功率管Coss充电,直到电压到Vin+Nvo。


在t2-t3时刻,开通副边整流MOS(开通前有一个小delay),并且对辅助绕组的电容充电(通过MOS的体二极管)。


T4-t5时刻,主管关断,SR关断,原边电感和Coss谐振。T5-t6时间,辅助管开通,负向电流Izvs开始线性上升,主功率管关断,主功率管的Coss电荷被抽走,此时Vds下降到0,则下次开通的时候就是零电压开通。


如下图所示。


对这种拓扑在设计的时候要考虑ZVS的开通时间,也就是ZVS管的脉冲宽度,需要根据输入电压,MOS寄生参数等参数进行计算。如下图所示。


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