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功率电感:用于故障容受型高压电源的新型预稳压器设计

2014/12/26 8:58:49

  为传统反激转换器供电修改的大电容电路。虽然此方法不要求额外的开关模块,但必须使用额定电压达1,000V或更高的MOSFET,用于支持输入端更高的故障电压,以及变压器反激电压。针对宽输入电压范围设计开关电源也要求相应的宽频率动态范围或MOSFET导通时间(ton)变化,以在更宽范围内维持稳压。此外,更高的MOSFETdV/dt也会增加开关损耗,导致能效降低,并增加电磁干扰(EMI)的风险。

  另一种方法是单颗MOSFET可以采用共源共栅配置的2颗MOSFET来替代,如图2所示。普通的700V开关稳压器结合600V功率MOSFET,足以承受反激电压与整流输入电压之和。如电路所示,60VMOSFET的栅极要求额外的TVS。与标准反激架构一样,开关电源的设计应当针对宽输入电压范围,并带有相应的大开关频率漂移或ton动态范围,以确保输出电压的稳压。开关损耗及复杂EMI信号的风险也相似。

  又一种方法,是通过审慎的设计,使用带800V功率MOSFET或集成开关稳压器的经典拓扑结构来实现一种方案。然而,必须注意将变压器反射电压降至小,从而将大晶体管电压保持在低于800V,即使电源电压在故障条件下处于高时(约620V)。这要求变压器具有小匝数比(Np/Ns)及低初级电感。当输入电压高、输出功率低时MOSFET导通时间ton必须极短,而次级端二极管拥有长导电时间。

  有几项因素会限制这类方案的性能、损及可靠性并增加成本。极短的导通时间ton可能滋生不稳定的稳压,迫使开关电源在非突发模式下降至低频工作。此外,虽然对于抗雪崩型功率MOSFET而言,10%的电压余量通常被认为足够,但非抗雪崩型器件应当考虑有20%的余量,以避免瞬态事件及启动相位期间出现任何问题。至于次级侧二极管,要求高反向电压能力,这通常需要高成本、大体积及大正向压降Vf(通常会降低能效)的二极管。

  变压器漏电感产生的峰值电压应当保持在低于800V极限值的极低标准。这要求使用大的缓冲器电路,该电路会增加功率耗散,因而损及总能效。

  新型预稳压器设计

  一种新的可选方案建议在开关电源输入端插入稳压器,如图3所示。这就无需串联大电容及其相关的电路,且能使用传统反激转换器设计,以避免使用特殊高压元器件。

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