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    [导读]在车辆电气系统中，高低压直流/直流转换器是一种可逆的电子装置，它将直流从车辆的高压(400V或800V)电池变为低直流电压(12V)。这些转换器可以是单向或双向的。从1千瓦到3千瓦的功率水平是典型的，转换器的高压电网(主端)需要650V至1200V的组件，12V电网(副端)需要至少60V的组件。

    导言

    在车辆电气系统中，高低压直流/直流转换器是一种可逆的电子装置，它将直流从车辆的高压(400V或800V)电池变为低直流电压(12V)。这些转换器可以是单向或双向的。从1千瓦到3千瓦的功率水平是典型的，转换器的高压电网(主端)需要650V至1200V的组件，12V电网(副端)需要至少60V的组件。

    由于需要更大的功率密度和更小的动力系统，电力组件的开关频率增加到几百千赫兹，以帮助缩小磁性组件的尺寸。高低压直流/直流变换器的小型化暴露了许多在较低开关频率上不重要的问题，如电磁兼容性(EMC)、热耗散和金属氧化物半导体场效应晶体管的有源钳。在这个电源提示中，我将讨论同步整流器的高开关频率的MOSIFT夹紧电路的设计。

    传统的有源钳位

    全桥(psfb)图 图1 是在高低压直流/直流应用中很受欢迎的拓扑结构，因为它可以实现开关的软开关，以提高转换器的效率。但是，您仍然可以看到同步整流器的高压应力，因为它的寄生电容共振变压器泄漏电感。整流器的电压应力可能高达方程1：

    Vds_max=2VINx(Ns/Np) (1)

    当NP和NS分别是变压器的主绕组和二次绕组时。

    考虑到高低压直流/直流转换器的功率水平和电阻-电容-二极管缓冲器的功率损失，设计者经常使用有源卡环电路同步整流器MOSIFT。图1显示了典型电路。

    图1传统的PsFB同步整流器有源钳位电路。

    在这个示意图中，你可以看到P通道金属氧化物半导体(PMO)Q9和缓冲电容器，它们是主动钳位电路的主要部分。缓冲电容器的一个端子连接到输出节流器，而PMO的来源连接到地面。在传统的有源钳电路中，同步整流器MOSFETQ5和Q7具有相同的方案；Q6和Q8也是如此。当同步整流器MOSIFT关闭后，PMO将在适当的延迟时间内打开。

    图2给出了psfb的控制方案和有源钳位，你很容易就会发现PMO的开关频率是F的两倍。

    图2动态夹位控制方案Q9中的开关频率对F的影响元素。

    主动钳位损失评估

    您可以使用方程2，方程3，方程4，方程5，和方程6来评估活性钳位PMO的损失。除P外一态 ，所有其他损失与F成正比元素，当PMO的开关频率增加一倍时，损耗增加一倍，所以您需要解决PMO的热问题。当推动F的时候更糟糕的是元素以满足小型化的需求。

    Pon_state = Irms2 x Rdson (2)

    Pturn_on = 0.5 x Vds x Ion x ton x fsw (3)

    Pturn_off = 0.5 x Vds x Ioff x toff x fsw (4)

    Pdrive = Vdrv x Qg x fsw (5)

    Pdiode = Isnubber x Vsd x td x fsw (6)

    拟议的有源钳位

    你能做什么？选择性能较好的PMO还是选择电导系数较高的热润滑脂？两者都是可以的，但是请记住，由主动钳位引起的热问题仍然集中在一部分，使问题难以解决。我们能把热分解成几个部分吗？一种可行的方法是使用两个有源钳位电路，并将缓冲电容器的端子连接到第二段的开关节点，作为图3显示。然后，你只能在第五季和第七季之后打开第11季，而在第六季和第八季之后打开第10季。图4介绍了PSFB的控制方案和所提出的有源钳。

    图3 建议的PsFB同步整流器有源钳位电路。

    图4 psfb控制方案及主动钳的设计。

    当Q5和Q7关闭时，Q6和Q8仍然开着。因此，您可以定位Q5和Q7的卡环，如图3的绿色箭头所示。Q10和Q11的开关频率均为F元素，不是加倍的元素。

    因此，根据方程2，方程3，方程4，方程5，方程6，p一态每一个私人投资组织将有四分之一的原件，转动_on，p关闭的，p开车，和P偶极管会是原作的一半。显然，该方法将钳位电路的损耗分为两部分，甚至更少，从而更容易处理热问题。

    让我们回到夹环。q5的环路比Q7要大；它类似于Q6和Q8。您需要注意同步整流器的布局，以获得一个最小的卡环Q5和Q6。

    拟议主动钳位性能

    图5和图6显示，它使用的是在200KKZ开关频率下工作的主动钳位电路。图5显示整流器的电压应力。

    图5以C1为V值的整流器的电压应力通用汽车公司在整流器中，CH2是V数据交换系统整流器中，CH3是主变压器绕组的电压，CH4是主变压器绕组的电流。

    C1是V通用汽车公司在整流器中,CH2是V数据交换系统整流器中，CH3是主变压器绕组的电压，甲烷是主变压器绕组的电流。整流器的最大电压应力在400V时低于45V。在…中，13.5V在外面，250-AI在外面，在400伏时，有源钳位电路的最高温度为46.6℃ 在…中，13.5 V 在外面，180-AI在外面[2]，如图6所示。因此，所提出的控制方案对夹持MOSFET具有很好的热性能。

    图6 400V时有源钳位电路最大温度为46.6℃的有源钳位电路的热性能 在…中，13.5 V 在外面，180-AI在外面。

    开关频率500KZ活性钳位无热问题

    当将开关频率从200kHz提升到500kHz时，变压器的体积将缩小约45% ，这将有助于提高高压到低压直流/直流转换器的功率密度。使用所提出的方法，BOM成本将略有增加，但设计者可以在500khz开关频率下运行主动钳位，没有热问题，从而提高性能。考虑到PMOS的脉冲漏电流远小于NMOS，设计者还可以在隔离驱动器和偏置电源。