27 MHz 谐振转换器的直流输出

　　起首应用 50 伏电源和 AC_OUT 上的 50 欧姆负载丈量“交换服从”。记录了 Q1 的漏极波形。 　　而后将整流器/滤波器网络连接到 E 类输入。经由过程在 DC_OUT 处用可变电阻加载整流器来举行替换功率丈量。调解负载以供应与 50 欧姆负载沟通的直流输出功率和漏极波形。负载为 510 欧姆时发生等效功率。在 110 VDC 输出下，负载电流为 0.215A，继续运转 1 小时后举行丈量。比拟了交换和直流服从。 　 　　图 1：拥有直流输入的 E 类。 　　表 1：交换和直流转换服从比拟 　　测量了两对二极管的温升。为了举行此丈量，咱们更换了一个直流电流源，并对其进行了调解，以发生与整流前提沟通的二极管温升。GeneSiC (TO-220) 器件的温升为 79°C。视在功率耗散为每二极管 1.8 瓦或统共 3.6 瓦。关于 Cree (D-Pak) 二极管，温升为 44°C，注解功率耗散为每二极管 0.39 瓦或统共 0.78 瓦。 　　在 125C 和 1A 正向电流下，GeneSiC 二极管数据表[2] 指定了 2.1V 的典范正向压降。二极管电流用 Tektronix P-6022 电流探头丈量。峰值正向电流为 1.1 安培。 　　为了支撑 0.215A 负载电流，每一个二极管的均匀电流必需沟通，即 0.215 安培。应用 2.1 伏特压降和 0.215 安培的均匀电流以及 1.1 安培峰值，每一个 GeneSic 部件的正向耗散应为 0.45 瓦。丈量的耗散是其 4 倍。 　　Cree 1A 600V 器件的峰值正向电流为 0.8 安培。Cree 划定（在 100C 时）0.8 安培时正向压降为 1.4V。异样，均匀电流为 0.215 安培。应用均匀电流的“零复原”二极管的预期耗散预计为 0.30 瓦。丈量的耗散为 0.39 瓦。

　　图2：变容二极管效应测试电路。

　　表 2：丈量的碳化硅二极管特点。 　　为了深刻懂得不测丧失，咱们修改了谐振反激电路。如图 2 所示，添加了一个 2A、1200V SiC 二极管 C4D02120。跟着偏压变得更负，二极管结电容减小。C1 增加以坚持二极管两头的峰峰值电压沟通。二极管耗散跟着反向偏压的增添而下降（结电容越小，高频电流越低）。反向偏压二极管电压在 700 伏范围内可变。 　　在以前对变容二极管效应的测试 [5] 中，咱们应用背对背 8A 1200V SiC 二极管作为变容二极管。在这些测试中，咱们测量到 4 瓦的耗散（每一个二极管 2 瓦）。 　　咱们测验考试展望 5.5 欧姆外部二极管电阻场景大概致使的消耗。表 2 最右侧的列表现了这一展望。虽然在较高的反向电压下与实践耗散有正当的一致性，但丈量的耗散偏离了咱们在较低偏置电压下恒定 ESR 的假定。咱们注意到，咱们的等效“二极管电阻”在 -200V 偏置下低于预期，约为 3 欧姆。 　　接头 　　咱们的准 E 类转换器需求低压功率器件。峰值漏极电压与直流电压之比约为 3.5:1。在低压路线 (132 VAC) 下运行会致使峰值漏极电压跨越 650 伏，跨越今朝可用的氮化镓部件的最大额定值。千伏范围内的低损耗可变电容二极管也是一个题目。 　　就今朝的手艺而言，本文提出的设想大概不适合通用电源市场的离线使用。介电加热、医疗透热疗法、炙烤使用和近场无线电力传输等畛域大概异常适宜咱们的观点。 　　据传，一家大型半导体公司将于 2019 年第一季度推出一系列低栅极电阻 1700V 碳化硅 MOSFET。假定器件消耗正当，这多是完成高功率环球离线才能的一项手艺。 　　今朝可用的磁性资料障碍了 3-30 MHz 范围内任何电源转换拓扑的服从进步和尺寸减小。为了在 27 MHz 下完成低损耗，铁氧体（如 4F1）和铁粉（如 Carbonyl E）磁性资料都需求异常低的磁通密度，从而致使电感器体积重大。螺线管或环形绕线空芯电感器多是仅有的抉择。 　　咱们的转换器和操纵拓扑在较高功率下供应正当的服从，但在较轻负载下的服从较低。一种大概的解决要领大概因此较低频次对 27 MHz 驱动旌旗灯号举行脉冲宽度调制，以在低输入功率程度下坚持服从。 　　咱们以前指出[1]，电源/射频发生器的变频操纵可能会致使羁系题目。FCC 第 15 部份的请求[4]包孕对杂散发射限定严峻的频次局限（“限定频段”）。 　　关于 LLC 或串连谐振拓扑等转换器的宽局限频次操纵，至多需求 2:1 的频次局限。然则，没有 3 至 30 MHz 的 2:1 频次局限能够同意转换器的可变频次操纵，而不会侵入一个或多个 FCC 第 15 部份限定频带。在（窄）ISM 频带中，同意的杂散发射相对非 ISM 频次更大。 　　咱们指出，应当能够设想一个以流动频次运转的 LLC 转换器，接纳电子可变谐振功率操纵，如本系列第 2 部份所述[5]。额定屏障和滤波的本钱和复杂性可能会大幅下降。 　　论断 　　在本系列中，咱们先容了准 E 类转换器的设想和数据，该转换器可以或许在种种电感和电阻负载下事情，同时坚持 ZIS 开启和 ZVS 关断波形。咱们描绘了两种可变电抗操纵要领，用于在很宽的范围内转变输入功率。 　　咱们再也不需求预转换器（比方降压或升压调节器）来操纵输入功率。这可显著下降某些使用的本钱和尺寸。 　　描绘了射频输出到直流的转换。咱们观察到碳化硅二极管整流器的耗散高于预期。异样，当应用反向偏置的 SiC 器件作为变容二极管时，也发明消耗高于预期。