返驰式转换器之等效集总电容分析EquivalentLumpedCapacitance.PDFVIP

Application Note 系統開發中心 林峻偉 AN054 – June 2017 返馳式轉換器之等效集總電容分析 Equivalent Lumped Capacitance Analysis for Flyback Converters 摘要 返馳式轉換器運行在不連續導通模式(discontinuous conduction mode ；DCM)時 ，量測功率開關汲-源極兩端電壓的 低頻振鈴 （ringing ）之頻率，可推算出系統的等效集總電容 。然而 ，此作法並無法確切掌握等效集總電容之組成元素 ， 故難以改善等效集總電容，特別是如主動箝位返馳式轉換器（active clamp flyback converter ）及準諧振返馳式轉換 器 （quasi-resonant flyback converter ）等應用中，為減少開關功耗（switching loss ）以提升效率 ，常需較精準的電 容值以實現軟開關 （soft switching ）或波谷切換（valley switching ）。因此，本文藉由分析變壓器與半導體元件的寄 生電容特性 ，並透過實際量測元件特性，用以分析返馳式轉換器的等效集總電容 ，最後利用SIMPLIS 電路模擬軟體 模擬 、並與實測平台量測之結果相互驗證，掌握系統等效集總電容的組成 ，有助於達成高效率返馳式轉換器之設計 。 目錄 一、前言 2 二、變壓器模型與其阻抗特性 3 三、返馳式轉換器的等效集總電容分析 5 四、元件特性之量測 9 五、範例 14 六、結論 18 七、參考文獻 18 AN054 © 2017 Richtek Technology Corporation 1 返馳式轉換器之等效集總電容分析 前言 返馳式轉換器的等效集總電容是為功率開關汲極對初級側交流地的等效電容 。圖1 為返馳式轉換器之電路示意圖，其 中CB 為輸入端之大電容，Co 為輸出電容，Q 為功率開關，Do 為輸出二極體，T 為變壓器 ，n 為匝數比 ，Lm 為激磁 電感（magnetizing inductance ），Lk 為漏電感（leakage inductance ）。在功率開關斷開時 ，功率開關的電壓會因 系統的等效集總電容分別與變壓器的激磁電感和漏電感引起低頻與高頻振鈴 （ringing ），如圖2 。欲獲得系統的等效 集總電容，一般量測功率開關的汲-源極兩端電壓的低頻振鈴之頻率，藉此推算系統的等效集總電容 ，但此方法並無 法得知系統的等效集總電容之組成 ，雖然許多文獻均表示等效集總電容約略為功率開關的輸出電容，但實際上磁性元 件（如：變壓器）與半導體元件中仍存在許多不能忽略的寄生電容 。 isec n : 1 Lk T Do