软开关转换器的输出电容考量

    过去，许多设计人员都使用粗略假设来提供等效输出电容值，因为输出电容通常都指定为25V漏源电压。不过，传统的等效输出电容值在实际应用中却没有多大帮助，因为它随漏源电压变化，并且在开关导通/关断期间不能提供准确的储能信息。在功率转换器工作电压下，新定义的输出电容提供等效的储能，能够实现更优化的功率转换器设计。
    ZVS转换器的输出电容
    在软开关拓扑中，通过谐振作用，利用电感（漏电感和串联电感或变压器中的磁化电感）中的储能使开关管输出电容放电来实现零电压导通。因此，电感必须精确设计，以防止硬开关引起的附加功耗。下面的公式是零电压开关的基本要求。
    其中，Ceq是开关等效输出电容，CTR是变压器寄生电容。
    其中，CS是开关等效输出电容。
    公式（1）用于移相全桥拓扑，公式（2）用于LLC谐振半桥拓扑。在两个公式中输出电容都起着重要作用。如果在公式（1）中假设输出电容很大，则由公式将得出较大的电感。然后，此大电感将降低初级di/dt,并降低功率转换器的有效占空比。相反，太小的输出电容将导致较小的电感和有害的硬开关。另外，公式（2）中太大的输出电容将限制磁化电感并引起循环电流的增加。因此，对于优化软开关转换器设计，获取准确的开关输出电容值将非常关键。通常，针对等效输出电容的传统假设倾向于使用较大数值。所以，根据公式（1）或（2）选择电感后，设计人员还需调整功率转换器参数，并经过多次反复设计，因为每个参数都相互关联，例如，匝数比、漏电感、以及有效占空比。而且，功率MOSFET的输出电容将跟随漏源电压变化。在功率转换器工作电压下，提供等效储能的输出电容是这些应用的最佳选择。
    从输出电容中获得储能
    在电压与电荷关系图（图1）上，电容为直线的斜率，pcb抄板电容中的储能为该直线下包含的面积。虽然功率MOSFET的输出电容呈非线性，并依据漏源电压的变化而变化，但是输出电容中的储能仍为非线性电容线下的面积。因此，如果我们能够找出一条直线，由该直线给出的面积与图1所示变化的输出电容曲线所包含的面积相同，则直线的斜率恰好是产生相同储能的等效输出电容。
    图1:等效输出电容的概念。
    对于某些老式平面技术MOSFET,设计人员可能会用曲线拟合来找出等效输出电容。
    于是，储能可由简单积分公式获得。
    最后，有效输出电容为：
    图2（a）显示了输出电容的测量值及由公式（3）得出的拟合曲线。然而，对于具有更多非线性特性的新式超级结MOSFET而言，则简单的指数曲线拟合有时不够好。图2（b）显示了最新技术MOSFET的输出电容测量值及用公式（3）得出的拟合曲线。两者在高压区的差距将导致等效输出电容的巨大差异，因为在积分公式中电压与电容是相乘的。图2（b）中的估计将得出大得多的等效电容，这会误导转换器的初始设计。
    图2:输出电容估算：（a）老式MOSFET,（b）新式MOSFET.
    如果依据漏源电压变化的输出电容值可得，则输出电容储能可用公式（4）求出。虽然电容曲线显示在数据表中，但要想从图表中精确读出电容值并不容易。因此，依据漏源电压变化的输出电容储能将由最新功率MOSFET数据表中的图表给出。通过图3显示的曲线，使用公式（5）可以得到期望的直流总线电压下的等效输出电容。