之前提到了CCM和CRM 的有源鉗位反激(ACF),因為反激主要用在小功率場合以及CCM反激的一些缺點,CRM的ACF應(yīng)用更廣。
下面就針對CRM ACF具體的工作過程進(jìn)行簡單分析(以UCC28780的控制方式為例)。
1.CRM ACF如何實現(xiàn)ZVS開通?開關(guān)信號由誰決定?
對于鉗位管QH的ZVS,在開關(guān)管QL關(guān)斷后的死區(qū)時間內(nèi),Iclamp會流經(jīng)QH的體二極管,從而實現(xiàn)QH的ZVS開通;對于QL,在QH關(guān)斷后的死區(qū)時間內(nèi),Iclamp與Im相等(理想條件下),且均為負(fù)值,所以在死區(qū)時間內(nèi),Im對QL的結(jié)電容抽流,實現(xiàn)ZVS開通。
在控制中為了能夠恰好實現(xiàn)ZVS開通,可以采用自適應(yīng)死區(qū)時間調(diào)整的策略,如下圖,通過檢測Vsw電壓,在Vsw電壓達(dá)到所設(shè)定的閾值之后給響應(yīng)的開關(guān)管開通信號。
上述是理想情況,在實際控制中,因為Vsw是高壓信號,同時采樣高點和低點電壓不太容易實現(xiàn),所以在UCC28070中,兩者是分別采樣的,Vsw高壓信號通過輔助繞組采樣,Vsw低壓信號則同通過開關(guān)節(jié)點的電壓采樣(高壓時給屏蔽掉,具體見datasheet)。
上圖分別為QL off—QH on與QH off—QL on兩個死區(qū)時間調(diào)整的示意圖,因為對于QL而言,關(guān)斷信號是由電壓環(huán)的閉環(huán)反饋信號與電流采樣信號決定,當(dāng)兩者相等時,給出QL的關(guān)斷信號,然后QH的開通信號則是由實現(xiàn)QH的ZVS開通條件給出(Vsw大于某一值)。
而QH的關(guān)斷信號以及QL的開通信號(記兩者死區(qū)時間為tz)則不是那么確定,因為QL的ZVS既可以調(diào)節(jié)Im-(tDM)的大小,又可以調(diào)節(jié)tz的大小。
首先看QH關(guān)斷后的波形,td(dr)為關(guān)斷延遲時間,QH關(guān)斷后,Im-作為給QL抽流的電流,如果恰好能實現(xiàn)ZVS開通,在IM-為零時,Vsw也將為0,如下圖所示,這種方案應(yīng)該是相對較優(yōu)的,而在QH關(guān)斷前,Vsw=Vbulk+NVo,因為在Vsw小于Vbulk之前Im都是反向增加的,所以可以加算出下圖tz的值為:
上式中tz是隨著Vbulk的增加而減小的,所以在某一輸入電壓下可以固定tz的大小,通過調(diào)節(jié)tDM的大小實現(xiàn)QL的自適應(yīng)的ZVS開通(如果在當(dāng)前周期沒有實現(xiàn)ZVS,則在下一個周期增加tDM的大小,從而增加IM-;反之也可減小Im-,直至恰好實現(xiàn)ZVS,使損耗最小)。這里因為IM-本身較小,所以在抽流過程中不能看作是恒定值。
2.使用Si器件和GaN器件有何不同?電流跌落及其影響
Si和GaN器件的Coss差異較大,如下圖,這種差異不僅會對實現(xiàn)軟開關(guān)有影響,對ACF的波形也有較大影響。
如下圖所示是使用不同類型的器件工作波形的差異,從中可以看出,對于寄生電容較大的同步整流管,在QL關(guān)斷時Ipri有較大跌落,原邊使用GaN器件的跌落更是明顯,通過分析可以得到電流跌落的大小如下式:
式中Cpj為副邊開關(guān)管寄生電容反射到原邊的電容,可見原副邊結(jié)電容相差越大,電流跌落越大,這個電流跌落主要用來給原副邊結(jié)電容充電。從下圖可以看出這種跌落能夠?qū)⒏嗟碾娏鱾鬟f至副邊,使鉗位電路流經(jīng)的電流更小。
3.原邊諧振和副邊諧振有何不同?
ACF諧振方式可以分為原邊諧振和副邊諧振,其等效電路分別如下圖所示,當(dāng)反射到原邊的輸出電容遠(yuǎn)大于鉗位電容時屬于原邊諧振方式,反之則為副邊諧振方式,兩種不同諧振方式對原副邊電流波形的影響也較大。
如下圖所示是原邊諧振方式的波形(大概諧振3/4個周期,可作為設(shè)計鉗位電容的依據(jù)),如果參數(shù)設(shè)計不當(dāng),有可能會使副邊電流在一個周期內(nèi)出現(xiàn)兩次過零,這對同步整流管的控制是非常不利的。
而副邊諧振方式則不存在此問題。從下表可以看出原副邊同時諧振的方案(副邊為主)是相對較好的,在設(shè)計過程中應(yīng)當(dāng)滿足諧振電流iLr能夠與勵磁電流相遇,并且通過調(diào)整諧振周期使其在勵磁電流為負(fù)時相遇,然后共同對QL抽流,以實現(xiàn)QL的ZVS開通。
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