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在升压变换器中利用新型MOSFET减少开关损耗摘要：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： V 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370W、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： IV=I 当Q1导通时，输出电容放电，峰?峰值纹波电压为：Δvo=(8) 式(8)整理后为： 利用式(7)和式(9)，可以计算升压变换器中的电感值和输出电容值。 3低损耗高效率升压变换器 彩色监视器用70W、80kHz升压变换器电源电路如图3所示。升压变换器的输入DC电压Vi=50V，输出DC电压VO=120V±1％。变换器电路采用KA7500B单片IC作为PWM控制器。 3?1实现低损耗高效率的途径 图3所示的升压变换器电路中，升压电感器L1、升压二极管D1、输入及输出电容C1与C5、功率MOSFET(Q1)和IC1等，是产生损耗的主要元器件。其中，开关Q1所产生的损耗在总损耗中占居支配地位，而IC1产生的损耗则相对较小。为降低变换器损
图4栅极电荷比较
图5通态电阻比较
图6关断波形比较
图7关断损耗比较
图8栅极电压Vgs关断波形 耗，提高效率，主要途径是： （1）选用低开关损耗的MOSFET； （2）选用低等效串联电阻（ESR）的电容器C1和C5； （3）选用低等效电阻的电感线圈L1； （4）选用低导通电阻和低通态电压的二极管D1。 关于L1和输出电容C5数值选择可根据式（7）和式（9）求出。输出电流IO=PO/VO=70W/120V≈0.6A，开关周期Ts=1/fs=1/80kHz=12.5μs，Vi=50V，设最大占空比Dmax=0.73，代入式（7）可得： =2.5×10－3H=2.5mH 纹波电压Δvo=120V×1％=1.2V，VO=120V，DTs=9.1μs，设负载电阻R=200Ω，代入式（9）可得： 考虑在输出负载瞬时变化时能安全运行，可选用500μF/200V低ESR的电容器。 选用低损耗的MOSFET是提高升压变换器效率的关键一环。目前快捷公司推出的新一代MOSFET—QFET系列产品，则具有低损耗特征。 3?2QFET的主要特点 QFET是新一代MOSFET。在芯片结构上，采用了条状P＋槽（或P＋阱）替代了传统MOSFET有源区中的蜂窝状P＋槽，并形成柱面结，从而在相同的击穿电压下可使用较低电阻率的外延层（N－），因而有较低的导通电阻Rds(on)。同时，通过对栅极氧化层的控制，有较低的栅极电荷Qg。 在QFET系列产品中，FQP10N20(200V/10A)适合于在彩色显示器电源中用作开关。FQP10N20采用TO?220封装，Rds(on)=0.28Ω（典型值），Qg=13.5nC（典型值），与电压和电流容量相同并采用相同封装的普通MOSFET比较，Rds(on)减少近20％，Qg约减小40％。图4和图5分别为FQP10N20与普通MOSFET的Rds(on)和Qg比较曲线。 3?3采用QFET替代普通MOSFET的效果 在图3所示的升压变换器中，当工作条件相同时，采用FQP10N20与普通器件其开关关断波形比较如图6所示。从图6可知，QFET的Vds电压上升时间和Id电流下降时间要比电压与电流容量相当的普通MOSFET都快。 图7为FQP10N20与普通MOSFET关断损耗波形比较。波形面积与器件关断期间的能耗成正比，由于QFET的波形面积小于普通MOSFET，故有较低的关断损耗。图8示出了关断期间栅－源极之间电压Vgs的波形对比。由于QFET有较小的栅极电荷，所以Vgs的关断下降时间比普通MOSFET短。 图9为在不同工作频率下对升压变换器测试所获得的数据绘制的效率曲线。由图9可知，采用FQP10N20(QFET)替代普通MOSFET，效率有（2～4）％的提高。并且随频率增加，QFET对效率的改进更加明显。
图9在相同工作条件下效率比较 4结语 设计高效开关电源，重点是选用低开关损耗的功率MOSFET。快捷半导体推出的QFET新一代MOSFET，具有低开通电阻和小栅极电荷特性，实现了低开关损耗和驱动损耗，从而提高了电源效率。 |
在升压变换器中利用新型MOSFET减少开关损耗
O=Vi(2)
VL=L(3)
ΔiL=DTs(4)
Iav=ΔiL＋I
V=DTs＋IV(5)
O－DTs(6)
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，
L=DTs（7）
（9）
L=×0.73×12.5×10－6
C5==4.55μF
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2017-11-14 15:03:3010
10基于开关电容的电源升压变换器设计
针对现有升压变换电路升压能力有限、纹波大和效率低等问题，设计并实现了一种基于开关电容单级网络的电源升压变换器，通过实验测取开关电容单级网络升压变换器在不同占空比条件下输出电压随输入电压变化的数据绘制
2017-11-14 17:48:529
9一文解读减少升压型开关电源电流的损耗方法
通常开关型降压变换器的开关晶体管是串接在电路中的，而开关型升压变换器的开关晶体管则是与负载并联的，与负载串联连接的元器件是电感线圈和二极管。所以若把这两种变换器用做备份，当电源处于待机状态时，降压变换器由于开关晶体管将输人输出端的通路切断，待机功耗很小，消耗电流在1uA以下。但升压变换器则不然。
2018-06-18 08:12:005063
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新型有源升压功率变换器设计
提出一种绕组退磁电压实时控制，且结构简单的新型有源升压功率变换器。该变换器利用绕组退磁能量和有源功率器件，根据电机工况实时控制绕组退磁电压，实现转速、负载较大变化情况下开关磁阻电机的高效率、低转矩
2018-03-06 11:10:121
1基于耦合电感的零电压开关同步Buck变换器
的反向恢复问题会导致严重的电磁干扰（ Electro Magnetic Interference，EMI）干扰和开关损耗。同时，在高频应用场合中，主开关管的硬开关也加剧了开关损耗，限制了变换器效率的提高。 在传统同步整流Buck变换器中，主开关管的硬开关和同步整流管体寄生二极
2018-03-14 11:10:310
0软开关二次型Boost高增益变换器
。为了实现高升压增益，Boost变换器需要工作在极限占空比，从而增大了开关管的开关损耗，降低了变换器效率。 本文在引入辅助网络单元，提出一种基于辅助网络的软开关二次型Boost高增益变换器。该变换器实现了全部开关管的ZVS和输出二极管的
2018-04-24 11:16:297
7具有可变电感的ZCS双开关正激变换器的设计与实现
提出了一种零电流开关（ZCS）双开关可变电感DCDC正激变换器。采用准谐振技术实现ZCS工作。这种可变电感器技术被用来减少开关损耗和输出二极管电流的峰值。因此，可以提高转换效率。此外，有源开关两端
2018-09-03 08:00:0014
14如何准确的测量开关损耗
一个高质量的开关电源效率高达95%，而开关电源的损耗大部分来自开关器件（MOSFET和二极管），所以正确的测量开关器件的损耗，对于效率分析是非常关键的。那我们该如何准确测量开关损耗呢？
2019-06-27 10:22:081926
1926用于直流微电网的高增益升压型DCDC变换器
本文提出了一种高增益升压型DC-DC变换器。传统升压变换器（如开关电感变换器、开关电容变换器、级联升压变换器等）的最大电压增益受到极限占空比（即接近统一的占空比）的限制，在极限占空比下运行会导致严重
2019-07-24 08:00:001
1利用GaN设计PFC整流器
传统的升压PFC仅使用一个有源开关，通常是650V超结Si MOSFET。当今，大多数常规开关电源都采用升压PFC，从而充分利用其简单性、低成本和可靠性。用650V GaN FET代替650V Si MOSFET可以减少开关损耗，但是效率的提高并不明显——通常只有0.1%至0.15%。
2021-04-14 11:22:412636
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升压式变换器的工作原理是什么？
升压式DC/DC变换器，简称升压式变换器，英文为BoostConverter，也称Boost变换器，也是常用的DC/DC变换器之一。
2021-06-13 09:08:236474
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开关损耗原理分析
一、开关损耗包括开通损耗和关断损耗两种。开通损耗是指功率管从截止到导通时所产生的功率损耗；关断损耗是指功率管从导通到截止时所产生的功率损耗。二、开关损耗原理分析：(1)、非理想的开关管在开通时，开关
2021-10-22 10:51:0611
11使用LTspice估算SiC MOSFET的开关损耗
。此外，今天的开关元件没有非常高的运行速度，不幸的是，在转换过程中不可避免地会损失一些能量（幸运的是，随着新电子元件的出现，这种能量越来越少）。让我们看看如何使用“LTspice”仿真程序来确定 SiC MOSFET 的开关损耗率。
2022-08-05 08:05:075936
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开关电源功率MOSFET开关损耗的2个产生因素
开关过程中，穿越线性区（放大区）时，电流和电压产生交叠，形成开关损耗。其中，米勒电容导致的米勒平台时间，在开关损耗中占主导作用。
2023-01-17 10:21:00978
978IGBT导通损耗和开关损耗
从某个外企的功率放大器的测试数据上获得一个具体的感受：导通损耗60W开关损耗251。大概是1:4.5 下面是英飞凌的一个例子：可知，六个管子的总功耗是714W这跟我在项目用用的那个150A的模块试验测试得到的总功耗差不多。 导通损耗和开关损耗大概1:2
2023-02-23 09:26:4915
15Buck变换器MOSFET开关过程分析与损耗计算
前言：为了方便理解MOSFET的开关过程及其损耗，以Buck变换器为研究对象进行说明（注：仅限于对MOSFET及其驱动进行分析，不涉及二极管反向恢复等损耗。）
2023-06-23 09:16:001353
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LLC谐振变换器与传统谐振变换器相比有哪些优势？
变换器，LLC谐振变换器有许多优势，下文将详细介绍。 1. 高效性 LLC谐振变换器具有很高的转换效率，是因为该变换器采用了电感、电容、电阻等元器件的串联谐振电路。由于电路采用了谐振电路，极大地减少了开关管的开关损耗，使得功率器件的损耗大大降低，能够将输入电源的
2023-10-22 12:52:141064
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cllc谐振变换器和llc区别
。 CLLC谐振变换器和LLC变换器都是应用广泛的谐振变换器拓扑结构。它们在变换器设计中具有高效、高性能和低开关损耗的优势。它们采用谐振电感元件和谐振电容元件来减小开关器件的开关损耗，并通过变频调制技术提供高效的能量转换。 首先，CLLC谐
2023-12-01 14:26:131316
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工商网监
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