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2020.09.09 AC/DC

故障排除(Trouble Shooting) ③:當VDS2受突波影響超過二次側MOSFET的VDS耐壓時

提高AC/DC轉換器效率的二次側同步整流電路設計

故障①“當二次側MOSFET立即關斷時”、故障②“當二次側MOSFET在輕載時因諧振動作而導通時”之後,本文將介紹故障③“當VDS2受突波影響超過二次側MOSFET的VDS耐壓時”的對策及其注意事項。

故障③:當VDS2受突波影響超過二次側MOSFET的VDS耐壓時

當發生突波時,受其影響,二次側MOSFET的VDS2可能會超過MOSFET的VDS的耐壓。這將會導致外加超出MOSFET額定值的電壓,可能會造成誤動作,甚至可能會引發MOSFET的劣化或損壞。當發現有這種現象時,必須採取措施。

對策

針對這種故障③的對策有三種左右,但與故障①和②一樣,各對策都存在需要權衡的注意事項。下面是對策及其注意事項一覽表。

故障③:當VDS2受突波影響超過二次側MOSFET的VDS耐壓時
對策 注意事項
對策③-1
在二次側MOSFET的汲極-源極間插入電容
在發生諧振的區域(無負載~輕載)插入的電容會導致效率變差,需要進行特性確認。
對策③-2
加大一次側MOSFET的閘極阻值
加大閘極阻值可導致效率變差,另外一次側MOSFET M1的發熱量可能會增加,因此需要進行特性確認。
對策③-3
減小變壓器的匝比Ns/Np,降低VDS2
由於一次側MOSFET的VDS1反而會變大,因此需要調整變壓器的匝比,使VDS1不要超過一次側MOSFET M1的VDS額定值。

※針對故障③,使用編號“對策③-n”來表示其對策。

●對策③-1:在二次側MOSFET的汲極-源極間插入電容

透過在二次側MOSFET的汲極-源極間插入電容CDS2,可緩和VDS2的過衝。CDS2的可選範圍為1000pF~6800pF左右(參考值),需要透過確認對策效果來選擇最佳的電容。下圖是CDS2在電路圖上的插入位置和實施對策後的波形。

※注意事項:在發生諧振的區域(無負載~輕載)插入的電容會導致效率變差,因此需要進行特性確認,在過衝的緩和程度和效率之間找到折衷方案

●對策③-2:加大一次側MOSFET的閘極阻值

透過加大一次側MOSFET M1的閘極電阻RGATE1的值,延遲VGS1的上升時間(使之遲緩),可抑制及急遽上升帶來的突波,從而抑制二次側VDS2的過衝。下圖是表示RGATE1和對策後效果的波形圖。RGATE1的值為10~470Ω左右(參考值)。

※注意事項:加大RGATE1的值可導致效率變差,另外一次側MOSFET M1的發熱量可能會增加,因此需要進行特性確認。這也需要針對效率、發熱量及減少過衝之間的情況進行權衡調整。

●對策③-3:減小變壓器的匝比Ns/Np

可透過減小變壓器的匝比來使VDS2的振幅衰減。

※注意事項:雖然VDS2會衰減,但一次側MOSFET的VDS1反而會變大(參見對策實施後的波形圖)。因此,需要調整變壓器的匝比,以確保VDS1不超過一次側MOSFET M1的VDS額定值。

可能會發生的故障範例及其對策和注意事項的介紹到此結束。

重點:

・這是對現有隔離型返馳式轉換器二次側的替換,因此充分確認實際的運行情況是非常重要的。

・VDS2受突波影響有時可能會超過二次側MOSFET的VDS耐壓,對策有三種左右。
 1) 在二次側MOSFET的汲極-源極間插入電容
 2) 加大一次側MOSFET的閘極阻值
 3) 減小變壓器的匝比Ns/Np,降低VDS2

・各對策都存在需要權衡的注意事項。

PWM返馳式轉換器設計範例