新型MOSFET在升压变换器中减少开关损耗的解决方案
摘要:升压变换器通常应用在彩色监视器中。为提高开关电源的效率,设计者必须选择低开关损耗的MOSFET。在升压变换器中,利用QFET新型MOSFET能够有效地减少系统损耗。
1 引言
在开关电源设计中,效率是一个关键性的参数。输入和输出滤波电容器、变压器磁芯的几何图形与特性及开关器件等,都会影响系统的效率。为减小滤波电容和磁性元件的尺寸,开关电源的频率在不断提高。因此,功率器件的开关损耗在整个系统损耗中占有更大的比重。选用低开关损耗的MOSFET,是提高SMPS效率的重要环节。快捷(又名仙童)半导体新发明的QFET系列,是新一代功率MOSFET,用其可以获得低开关损耗。本文回顾了升压型变换器的基本工作原理,作为QFET的一个应用实例,介绍了FQP10N20型QFET在70W彩色监视器升压变换器电源中作为开关使用的优点。
2 升压变换器工作原理
升压变换器是将一个DC输入电压变换成比输入电压高的并经过调整的DC输出电压的电源变换器,其基本电路如图1所示。当开关Q1导通时,输入DC电压Vi施加到电感器L的两端,二极管D因反偏而截止,L储存来自输入电源的能量。当开关Q1关断时,L中的储能使D正偏而导通,并将能量传输到输出电容C和负载R中。
图1升压变换器基本电路
图2为图1电路的相关波形。稳态时在一个开关周期内,电感器L储存的能量与释放的能量保持平衡,用伏秒积表示如下:
ViDTs=(VO-Vi)(1-D)Ts(1)
式中Ts为开关周期,D为开关占空比。从式(1)可得:
由于D<1, 故 VO>Vi。L两端的电压为:
当开关Q1开通时,根据公式(3),电感电流的变化可用式(4)计算:
图2 升压变换器相关波形
图3 70W、80kHz彩色监视器用升压变换器电路
电感电流平均值可表示为:
摘要:升压变换器通常应用在彩色监视器中。为提高开关电源的效率,设计者必须选择低开关损耗的MOSFET。在升压变换器中,利用QFET新型MOSFET能够有效地减少系统损耗。
1 引言
在开关电源设计中,效率是一个关键性的参数。输入和输出滤波电容器、变压器磁芯的几何图形与特性及开关器件等,都会影响系统的效率。为减小滤波电容和磁性元件的尺寸,开关电源的频率在不断提高。因此,功率器件的开关损耗在整个系统损耗中占有更大的比重。选用低开关损耗的MOSFET,是提高SMPS效率的重要环节。快捷(又名仙童)半导体新发明的QFET系列,是新一代功率MOSFET,用其可以获得低开关损耗。本文回顾了升压型变换器的基本工作原理,作为QFET的一个应用实例,介绍了FQP10N20型QFET在70W彩色监视器升压变换器电源中作为开关使用的优点。
2 升压变换器工作原理
升压变换器是将一个DC输入电压变换成比输入电压高的并经过调整的DC输出电压的电源变换器,其基本电路如图1所示。当开关Q1导通时,输入DC电压Vi施加到电感器L的两端,二极管D因反偏而截止,L储存来自输入电源的能量。当开关Q1关断时,L中的储能使D正偏而导通,并将能量传输到输出电容C和负载R中。
图1升压变换器基本电路
图2为图1电路的相关波形。稳态时在一个开关周期内,电感器L储存的能量与释放的能量保持平衡,用伏秒积表示如下:
ViDTs=(VO-Vi)(1-D)Ts(1)
式中Ts为开关周期,D为开关占空比。从式(1)可得:
由于D<1, 故 VO>Vi。L两端的电压为:
当开关Q1开通时,根据公式(3),电感电流的变化可用式(4)计算:
图2 升压变换器相关波形
图3 70W、80kHz彩色监视器用升压变换器电路
电感电流平均值可表示为:
整个开关周期中的平均电流等于输出电流,即IO=Iav。根据式(5)可得:
在电感电流连续模式中,IO>()DTs。为保持较低的电感峰值电流和较小的输出纹波电压,按照惯例,推荐ΔiL=0.3io。于是式(4)可改写为:
图4 通态电阻比较
图5 关断波形比较
图6 关断损耗比较
图7 栅极电压Vgs关断波形
当Q1导通时,输出电容放电,峰耗,提高效率,主要途径是:
- 如何设计一个合适的系统电源(上)(11-20)
- 什么是MOSFET(11-26)
- 包含热模型的新型MOSFET PSPICE模型 (11-26)
- 用IGBT代替MOSFET的可行性分析(11-27)
- MOSFET的谐极驱动(11-27)
- 扩展升压稳压器输入、输出电压范围的级联 MOSFET (11-30)