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2017.04.06 AC/DC

設計絕緣型返馳式轉換器電路:決定主要零件-MOSFET相關之2

採用AC/DC PWM方式的返馳式轉換器設計方法

在「決定主要零件-MOSFET相關之1」中決定了MOSFET Q1,接下來將建構MOSFET周邊電路。

一開始先復習電路運轉。以D4、R5、R6調整從IC的OUT(PWM輸出)端輸出的信號,讓MOSFET Q1能夠正確運轉,然後再驅動MOSFET的閘極。MOSFET Q1開/關經過整流且流向變壓器 T1一次側的高電壓,將其能量傳送至二次側。Q1開啟時Ids流動,但因為並非無限制流動,是故利用R8檢測電流並加以限制。

本節將先決定調整MOSFET閘極驅動的電路、二極體 D4、電阻R5、R6,然後再決定限制電流和斜率補償上必要的電流檢測電阻R8。

MOSFET 閘極電路 R5、R6、D4

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為了驅動MOSFET,從電源IC的PWM二次側輸出信號,但若直接和MOSFET的閘極相接,反而無法獲得最佳運轉狀態,,必須配合電路和要求的特性進行調整。具體來說,就是將MOSFET的開關損耗和雜訊調至最佳狀態。

分別調整MOSFET開、關的速度,在開關損耗和開關雜訊相互妥協下運轉。所謂妥協點,正是因為開關損耗和開關雜訊互呈反比所形成的。提升開關速度後,開關損耗將減少。不過,開關速度變快時,電流會猛然發生變化,造成開關雜訊變大。

閘極電路的常數是難以經由事先決定的公式計算出來。因此,從電源IC資料表中的電路圖上,所標示的數值開始,最後再實機運轉看看,確認MOSFET溫度上升是否位在容許範圍內,也就是檢查開關損耗。

  • MOSFET關閉時,透過清電荷用二極體D4,以R5進行調整

選擇運轉電流模式的不連續模式後,MOSFET開啟時基本上不會發生開關損耗,而關閉時損耗則可控制的。為減輕MOSFET關閉時的開關損耗,縮小R5且提升關閉速度,但電流急遽變化,造成開關雜訊變大。此次範例電路中提出了下列幾項。

  • R5=22Ω 0.25W、R6=150Ω、D4:RB160L-60 (蕭特基二極體 60V/1A)

為了在MOSFET關閉時,高速消除閘極電荷,而使用了二極體 D4。損耗變小且高速,因此選擇蕭特基障壁二極體。

至於要注意的部分,由於脈衝電流會流過R5,因此請確認使用的電阻能承受脈衝電流。

電流檢測電阻 R8

和MOSFET源極相接的電阻中,源極端和電源IC的CS引腳相接,另一端則是和GND相接。MOSFET開啟時,利用流向R8的電流所產生電壓下降現象,驅動CS引腳。擁有限制流向一次側的電流、在輸出過負載時保護線路、控制電流模式的斜率補償3個功能。CS引腳詳細內容請參照電源IC BM1P061FJ資料表。

由於擁有多種功能,因此有時會因為變壓器一次側的電感,以及輸入電壓而受到限制,經由下列公式計算出R8。Ippk和Duty則是在「設計變壓器(計算數值)」中取得。根據BM1P061FJ的CS引腳電壓規格來看,Vcs為0.4V。

expression01

計算結果R8為0.2Ω。

經由下列公式計算出檢測電阻R8的損耗P_R8。

expression02

考量計算結果和耐脈衝電流,選擇能承受1W以上的電阻。就算功率額定值相同,也可能因為電阻構造等,而改變耐脈衝電流特性,因此必須向所用電阻的製造廠商確認。

本節決定了MOSFET四周零件的常數。在計算公式之外,再根據經驗法則和實機確認等,或許仍無法完全了解,而電源設計上卻存在許多這類的情況。

重點:

・為了控制開關用電晶體(MOSFET)的運轉,依電源IC的規格設計電路。

・請遵照電源IC的資料表中,所記載的決定電路、常數的方法等內容。

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