• 回复
  • 收藏
  • 点赞
  • 分享
  • 发新帖

VICOR专利拓扑原理分析 之 ZVS BUCK

VICOR的 PI33XX  和PI34XX电源。采用的是 ZVS-BUCK电路,效率能达到98%,体积非常小 10*14*2.56mm,输出功率能到达120W.

传统的ZVS -BUCK

 

当Q2关断,Q1导通时。Q2体二极管反向恢复,产生很大电流,Q2上电压上升,使得Q2关断损耗很大。硬开关切换与体二极管反向恢复过程给Q1也带来极高的导通损耗。因为很大的开关损耗,使得传统的BUCK电路,在效率,工作频率,体积EMI,动态响应都很差,很大程度上制约了电压的可靠性与寿命。

 

全部回复(8)
正序查看
倒序查看
nupower
LV.4
2
2014-01-10 13:39

VICOR的ZVS-BUCK电路,就是在BUCK电感上加了一个钳位开关,使得电感能提供MOS管ZVS的能量。

1.当Q1导通,Q2关断,电感上电压为Vin-Vout,电感电流从零开始线性上升。(Vin-Vout)*T1=L*I

2.当Q1关断,电感电流不能突变,Q2结电容放电,Q1结电容充电,直到Q2体二极管导通,打开Q2,Q2零电压导通,电感放电,电感上电压为-Vout,电感电流线性下降。Vout*T2=L*I

3.当电感放完电,电感开始反向充电,电感中出现反向小电流时,关断Q2,打开钳位开关,电感被钳位开关短路,VS的电压被输出电压钳位在Vout,电感的寄生参数无法影响到VS的电压,不会产生震荡。di/dt=0,所以电感中电流恒定不变。

4.关断钳位开关,电感中电流给Q2结电容充电,Q1结电容放电,为下一周期Q1零电压导通创造条件

 

0
回复
pomer
LV.1
3
2014-08-26 23:29
@nupower
VICOR的ZVS-BUCK电路,就是在BUCK电感上加了一个钳位开关,使得电感能提供MOS管ZVS的能量。[图片][图片]1.当Q1导通,Q2关断,电感上电压为Vin-Vout,电感电流从零开始线性上升。(Vin-Vout)*T1=L*I2.当Q1关断,电感电流不能突变,Q2结电容放电,Q1结电容充电,直到Q2体二极管导通,打开Q2,Q2零电压导通,电感放电,电感上电压为-Vout,电感电流线性下降。Vout*T2=L*I3.当电感放完电,电感开始反向充电,电感中出现反向小电流时,关断Q2,打开钳位开关,电感被钳位开关短路,VS的电压被输出电压钳位在Vout,电感的寄生参数无法影响到VS的电压,不会产生震荡。di/dt=0,所以电感中电流恒定不变。4.关断钳位开关,电感中电流给Q2结电容充电,Q1结电容放电,为下一周期Q1零电压导通创造条件 
请教一下:如果普通的同步BUCK采用强制连续导通的FCCM模式,不是也可以实现开关管的ZVS导通?采用FCCM模式都有哪些缺点呢?
1
回复
Vicor520
LV.5
4
2014-08-27 10:51
@pomer
请教一下:如果普通的同步BUCK采用强制连续导通的FCCM模式,不是也可以实现开关管的ZVS导通?采用FCCM模式都有哪些缺点呢?

连续工作模式BUCK.可以从 第一个图上看到:

1.在Q2关断,和Q1导通的时候,Q2的体二极管需要反向恢复,结电容充电,这部分能量需要通过Vin提供。在短时间内可以认为是Q1,与Q2共通。这个反向恢复电流很大,增加了Q1,Q2的导通损耗。

2.由于电感,MOS的寄生参数的存在,使得Q2上出现了很高的电压震荡尖峰,这个高的尖峰电压与大的反向恢复电流引起了短时内大的开关损耗。

针对以上两点VICOR做出了改进:

1.Q2的反向恢复能量由BUCK电感提供,在Q2反向恢复时,Q1关断。避免了共通引起的高导通损耗。

2.通过钳位开关,短路BUCK电感,使得电感变为恒流源,电感电压为零,Q2上不会出现电压震荡尖峰,寄生能量给MOS管的结电容充电返还Vin,而不是像连续硬开关BUCK那样损耗在开关管上了。

1
回复
Vicor520
LV.5
5
2014-08-27 10:58
@pomer
请教一下:如果普通的同步BUCK采用强制连续导通的FCCM模式,不是也可以实现开关管的ZVS导通?采用FCCM模式都有哪些缺点呢?
你所说的连续模式的ZVS只是在Q1先关断,Q2再导通的时候。必须时所用MOS都要ZVS.
0
回复
2014-09-20 20:46
@nupower
VICOR的ZVS-BUCK电路,就是在BUCK电感上加了一个钳位开关,使得电感能提供MOS管ZVS的能量。[图片][图片]1.当Q1导通,Q2关断,电感上电压为Vin-Vout,电感电流从零开始线性上升。(Vin-Vout)*T1=L*I2.当Q1关断,电感电流不能突变,Q2结电容放电,Q1结电容充电,直到Q2体二极管导通,打开Q2,Q2零电压导通,电感放电,电感上电压为-Vout,电感电流线性下降。Vout*T2=L*I3.当电感放完电,电感开始反向充电,电感中出现反向小电流时,关断Q2,打开钳位开关,电感被钳位开关短路,VS的电压被输出电压钳位在Vout,电感的寄生参数无法影响到VS的电压,不会产生震荡。di/dt=0,所以电感中电流恒定不变。4.关断钳位开关,电感中电流给Q2结电容充电,Q1结电容放电,为下一周期Q1零电压导通创造条件 
分析的很详细具体。顶一个
0
回复
2014-09-24 19:09
@nupower
VICOR的ZVS-BUCK电路,就是在BUCK电感上加了一个钳位开关,使得电感能提供MOS管ZVS的能量。[图片][图片]1.当Q1导通,Q2关断,电感上电压为Vin-Vout,电感电流从零开始线性上升。(Vin-Vout)*T1=L*I2.当Q1关断,电感电流不能突变,Q2结电容放电,Q1结电容充电,直到Q2体二极管导通,打开Q2,Q2零电压导通,电感放电,电感上电压为-Vout,电感电流线性下降。Vout*T2=L*I3.当电感放完电,电感开始反向充电,电感中出现反向小电流时,关断Q2,打开钳位开关,电感被钳位开关短路,VS的电压被输出电压钳位在Vout,电感的寄生参数无法影响到VS的电压,不会产生震荡。di/dt=0,所以电感中电流恒定不变。4.关断钳位开关,电感中电流给Q2结电容充电,Q1结电容放电,为下一周期Q1零电压导通创造条件 
很惊讶波形能变得如此理想.不过原理依然没搞明白.
0
回复
abb_abb
LV.1
8
2018-03-28 22:07
@Vicor520
连续工作模式BUCK.可以从第一个图上看到:1.在Q2关断,和Q1导通的时候,Q2的体二极管需要反向恢复,结电容充电,这部分能量需要通过Vin提供。在短时间内可以认为是Q1,与Q2共通。这个反向恢复电流很大,增加了Q1,Q2的导通损耗。2.由于电感,MOS的寄生参数的存在,使得Q2上出现了很高的电压震荡尖峰,这个高的尖峰电压与大的反向恢复电流引起了短时内大的开关损耗。针对以上两点VICOR做出了改进:1.Q2的反向恢复能量由BUCK电感提供,在Q2反向恢复时,Q1关断。避免了共通引起的高导通损耗。2.通过钳位开关,短路BUCK电感,使得电感变为恒流源,电感电压为零,Q2上不会出现电压震荡尖峰,寄生能量给MOS管的结电容充电返还Vin,而不是像连续硬开关BUCK那样损耗在开关管上了。

如果没有这个钳位开关管,若保证电感电流在开关周期开始时的值为负,这样也能实现ZVS。请问您PI33系列产品与该方法比较有什么优点。

望答复。谢谢

0
回复
powerants
LV.6
9
2019-06-18 15:42
@Vicor520
连续工作模式BUCK.可以从第一个图上看到:1.在Q2关断,和Q1导通的时候,Q2的体二极管需要反向恢复,结电容充电,这部分能量需要通过Vin提供。在短时间内可以认为是Q1,与Q2共通。这个反向恢复电流很大,增加了Q1,Q2的导通损耗。2.由于电感,MOS的寄生参数的存在,使得Q2上出现了很高的电压震荡尖峰,这个高的尖峰电压与大的反向恢复电流引起了短时内大的开关损耗。针对以上两点VICOR做出了改进:1.Q2的反向恢复能量由BUCK电感提供,在Q2反向恢复时,Q1关断。避免了共通引起的高导通损耗。2.通过钳位开关,短路BUCK电感,使得电感变为恒流源,电感电压为零,Q2上不会出现电压震荡尖峰,寄生能量给MOS管的结电容充电返还Vin,而不是像连续硬开关BUCK那样损耗在开关管上了。
请教一下,CCM时,电感电流始终从左到右,BUCK电感如何为Q2提供反向恢复能量?若靠钳位开关提供的话,能量损失并不会因此降低。
0
回复