JAJU911 November   2023

 

  1.   1
  2.   概要
  3.   リソース
  4.   特長
  5.   アプリケーション
  6.   6
  7. 1システムの説明
    1. 1.1 主なシステム仕様
  8. 2システム概要
    1. 2.1 ブロック図
    2. 2.2 設計上の考慮事項 {必須トピック}
    3. 2.3 主な使用製品
      1. 2.3.1 LMG3624
  9. 3システム設計理論
    1. 3.1 疑似共振動作
    2. 3.2 変圧器の設計
    3. 3.3 GaN FET スイッチング デバイス
    4. 3.4 電流センス エミュレーション抵抗
  10. 4ハードウェア、テスト要件、およびテスト結果
    1. 4.1 必要なハードウェア
      1. 4.1.1 ハードウェア
      2. 4.1.2 テスト装置
    2. 4.2 テスト設定
    3. 4.3 テスト結果
      1. 4.3.1 効率性の成果
      2. 4.3.2 熱の成果
      3. 4.3.3 スイッチング波形
      4. 4.3.4 スイッチング過渡
  11. 5設計とドキュメントのサポート
    1. 5.1 設計ファイル
      1. 5.1.1 回路図
      2. 5.1.2 BOM
    2. 5.2 ツールとソフトウェア
    3. 5.3 ドキュメントのサポート {必須トピック}
    4. 5.4 サポート・リソース
    5. 5.5 商標
  12. 6著者について

疑似共振動作

疑似共振コンバータを選択しているのは、このコンバータがコスト、電力損失、シンプルさの間で最良のバランスを実現するためです。

GUID-20231115-SS0I-DRFP-6SZF-8WQ2RRJ52KBL-low.svg図 3-1 疑似共振コンバータ概要回路図

このコンバータは、ダイオード整流段、スイッチング FET、固有の磁化インダクタンスを持つトランス、パッシブ RC クランプ、同期 2 次側整流器、出力コンデンサで構成されます。

ダイオード整流段は、ダイオード ブリッジとバルク コンデンサで構成されます。ダイオード ブリッジは AC ライン電圧を整流してバルク コンデンサにエネルギーを蓄積し、比較的一定の正電圧を維持します。

コントローラは FET のオン / オフを切り替えて、2 次側にエネルギーを供給します。FET がオン状態のとき、トランスの磁化インダクタンスで電流 (エネルギー) が蓄積されます。

これは、式 1 によって示されます。

式 1. E S T O R E D = 1 2 L M A G × I P K 2

消費電力は、式 2 で計算できます。

式 2. P = E S T O R E D × f S W

FET がオフ状態の間、トランスの 2 次側にある整流器がオンになり、電流を負荷に供給します。

最大の効率を実現するため、このコンバータは磁化インダクタンス LMAG の共振とスイッチ ノードの総容量 CD によって形成される共振電圧バレーで FET をオンにすることで、疑似共振動作で動作します。

GUID-20231115-SS0I-9KGB-BGN0-RWGW4T9WD4HB-low.svg図 3-2 共振バレーでのドレイン - ソース間の波形スイッチング

この電圧バレーでは、式 3 を使用して記述されているように、FET は可能な限り最小のターンオン スイッチング電力損失にさらされます。

式 3. P L O S S T U R N - O N - E N E R G Y = E C O S S × f S W = 1 2 C D × V V A L L E Y 2 × f S W

ここで、

  • CD はスイッチング ノードの集中容量で、FET 出力容量、トランスの巻線間容量、寄生基板容量で構成されます
  • VValley は、FET がオンになったときのドレイン - ソース間電圧です
  • fsw はスイッチング周波数です

コンバータがスイッチング可能な最小のバレーは、式 4 で与えられます。

式 4. V V A L L E Y M I N = V I N D C - N P S × V O U T = 2 × V A C   - N P S × V O U T

式 4 は、整流された入力電圧 VIN,DC が反射電圧 NPS × VOUT 以下のとき、VVALLEY,MIN が 0V に達することを示しています。 したがって、この疑似共振コンバータは、入力電圧が低く反射電圧が高い条件下では、ゼロ電圧スイッチングで動作します。つまり、デバイスの損失は導通のみに支配されます。