软开关转换器的输出电容设计

过去，许多设计人员都使用粗略假设来提供等效输出电容值，因为输出电容通常都指定为25V漏源电压。不过，传统的等效输出电容值在实际应用中却没有多大帮助，因为它随漏源电压变化，并且在开关导通/关断期间不能提供准确的储能信息。在功率转换器工作电压下，新定义的输出电容提供等效的储能，能够实现更优化的功率转换器设计。

　　ZVS转换器的输出电容

　　在软开关拓扑中，通过谐振作用，利用电感(漏电感和串联电感或变压器中的磁化电感)中的储能使开关管输出电容放电来实现零电压导通。因此，电感必须精确设计，以防止硬开关引起的附加功耗。下面的公式是零电压开关的基本要求。

　　



　　其中，Ceq是开关等效输出电容，CTR是变压器寄生电容。



　　



　　其中，CS是开关等效输出电容。

　　公式(1)用于移相全桥拓扑，公式(2)用于LLC谐振半桥拓扑。在两个公式中输出电容都起着重要作用。如果在公式(1)中假设输出电容很大，则由公式将得出较大的电感。然后，此大电感将降低初级di/dt，并降低功率转换器的有效占空比。相反，太小的输出电容将导致较小的电感和有害的硬开关。另外，公式(2)中太大的输出电容将限制磁化电感并引起循环电流的增加。因此，对于优化软开关转换器设计，获取准确的开关输出电容值将非常关键。通常，针对等效输出电容的传统假设倾向于使用较大数值。所以，根据公式(1)或(2)选择电感后，设计人员还需调整功率转换器参数，并经过多次反复设计，因为每个参数都相互关联，例如，匝数比、漏电感、以及有效占空比。而且，功率MOSFET的输出电容将跟随漏源电压变化。在功率转换器工作电压下，提供等效储能的输出电容是这些应用的最佳选择。

　　从输出电容中获得储能

　　在电压与电荷关系图(图1)上，电容为直线的斜率，电容中的储能为该直线下包含的面积。虽然功率MOSFET的输出电容呈非线性，并依据漏源电压的变化而变化，但是输出电容中的储能仍为非线性电容线下的面积。因此，如果我们能够找出一条直线，由该直线给出的面积与图1所示变化的输出电容曲线所包含的面积相同，则直线的斜率恰好是产生相同储能的等效输出电容。





　　图1：等效输出电容的概念。

　　对于某些老式平面技术MOSFET，设计人员可能会用曲线拟合来找出等效输出电容。





　　于是，储能可由简单积分公式获得。

　　





　　最后，有效输出电容为：

　　



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