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2021.05.26 Si功率元件

PSFB電路的基本結構

相移全橋電路的功率轉換效率提升

前言

作為Si功率元件評估篇的第2波,將開始一系列有關Si功率元件透過PSFB電路進行“相移全橋電路的功率轉換效率提升”的文章。

近年來,對於伺服器和車電充電器等的電源,要求其能夠處理更大功率的需求增加。這類大功率電源中大多採用全橋電路,尤其是相移全橋(Phase Shift Full Bridge,以下稱“PSFB”)電路,因其能夠在Super Junction MOSFET(以下稱“SJ MOSFET”)和IGBT等開關元件導通時實現零電壓切換(Zero Voltage Switching,以下稱“ZVS”)工作,可以減少切換損耗,故可以處理更大的功率。

伴隨電源的大功率發展趨勢,提高效率成為很大的課題。通常,即使效率相同,較大功率電源其損耗本身也會較大,因此需要盡可能高的效率。

本系列文章將透過在PSFB電路中使用SJ MOSFET時的電路工作,來說明快速恢復型SJ MOSFET的必要性。此外,還會對具有不同反向恢復特性的SJ MOSFET的效率進行比較,並瞭解在PSFB電路中反向恢復特性的重要性。

PSFB電路的基本結構

首先來看PSFB電路的基本結構。如果能對這種基本結構有整體印象,將會更容易理解後續的電路工作相關內容。

為了實現PSFB的特點之一“ZVS”,會使用變壓器的漏感作為諧振電感,但是為了擴大ZVS的工作範圍,有時也可以與變壓器串聯添加電感。在本文中給出的是使用了串聯添加電感LS的電路範例。

接下來請看各切換的ON/OFF時序圖。在時序圖底部,雙頭箭頭下方的數字是表示電路工作模式的標籤。在後續的電路工作說明中使用的模式編號與這裡的編號一致。

如時序圖所示,當Q1和Q2切換ON/OFF狀態之後,在一定的相位延遲後Q3和Q4會切換ON/OFF狀態。因此,通常將Q1和Q2的橋臂稱為“超前橋臂”,而將Q3和Q4的橋臂稱為“延遲橋臂”。

關鍵要點:

・由於相移全橋(PSFB)電路可透過​​開關元件實現零電壓開關(ZVS)工作,從而可大大降低開關損耗,因而能夠處理更大的功率。

・PSFB切換電路基本上由四個開關元件(MOSFET)組成,並使用變壓器的漏感作為ZVS工作所需的諧振電感。

・為了擴大ZVS工作範圍,有時也可以與變壓器串聯添加電感。在本文中的範例電路中已添加。

・在基本的切換工作中,當Q1和Q2切換ON/OFF狀態之後,Q3和Q4將帶有一定的相位延遲來切換ON/OFF狀態。

・通常,將PSFB切換電路中的Q1和Q2的橋臂稱為“超前橋臂”,將Q3和Q4的橋臂為“延遲橋臂”。

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