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保护反激式转换器免受AC线路波动的影响
 

【作者: Wonseok Kang;Hyunmin Kim】2013年10月23日 星期三

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雪崩耐用功率开关

防止输入线路波动或过电压的可能解决方案之一是采用坚固耐用的功率开关。大多数整合式功率开关内置MOSFET来达成功率切换。在功率开关两端的高电压超出其额定值并导致雪崩击穿的情况下,典型的现代功率MOSFET能够承受一定程度的压力。然而,抗压程度会因设备技术或晶片设计的不同而有很大差别。图1显示了一个示例。两台设备在导通电阻规格上非常相似。 但在未钳制电感性切换(UIS : unclamped inductive switching)测试中,FSL系列的电流位准比故障时高10倍以上。这意味着FSL系列在设备发生故障之前可承受高许多的电流或能量压力; 在此情况下可达424mJ:3.67mJ。 FSL系列中的内部功率MOSFET采用垂直DMOS结构,而竞争对手的设备采用横向DMOS结构。通常,用于飞兆FPS? 功率开关设备的垂直DMOS结构被认为更适合高压、高功率MOSFET。横向DMOS结构更适合逻辑电路集成,但在承受高度能量压力方面不如垂直DMOS。 事实上,很难找到未钳制切换条件,因为大多数反激式转换器包括缓冲器电路,其在关闭功率开关期间钳制高电压尖峰。然而,缓冲器电路不能始终保持峰值电压低于功率开关的最大额定值。在异常情况下,如输出短路或输入线路过电压,功率开关可能被击穿。在这种情况下,更好的耐雪崩能力有助于提高反激式转换器可靠性。



图一 : 内部MOSFET的UIS特点
图一 : 内部MOSFET的UIS特点

带有输入过电压保护的FPS功率开关(FSL MRIN系列)

在线路由于波动而出现过电压的情况下,内部功率MOSFET在漏源极两端电压过高时关闭,并可进入雪崩击穿状态。即使在短暂或异常条件下功率开关的内部MOSFET可承受一定程度的能量压力,但它应被视为最后的故障安全功能,因为如果压力超出能力范围,内部MOSFET将发生永久性故障。因此,当线路电压达到过高电平时,最好关闭内部功率MOSFET。这里,带防止输入线路过电压的嵌入​​式保护功能的功率开关为反激式转换器设计人员提供了很大的优势。 FSL117MRIN是新型环保模式功率开关,带700V额定雪崩耐用内部MOSFET和内置输入线路过电压保护(LOVP)功能。此LOVP功能为线路输入电压急剧上升提供了扩展保护,可确保反激式转换器安全运行。图2显示了LOVP功能的示意图。控制器内的电压检测电路即时监控输入电压。当线路输入电压超过预定水准 – VIN引脚高于1.95V时,控制器启动故障信号并关闭PWM输出。反激式转换器停止运行,直到VIN引脚的电压下降到1.89V。 为防止错误启动LOVP,当线路过电压持续时间超过20us时会触发LOVP功能。 LOVP功能的另一个重要功能是自动恢复。控制器连续监控线路输入电压,即使在故障情况下也如此,并在过电压条件消失时打开PWM输出。鉴于家用电器应用基本上需要自动恢复模式而非锁存模式[(latch),FSL117MRIN专为满足客户需求而设计。通过LOVP功能,内部功率MOSFET可很好地避免发生雪崩击穿的潜在风险。在线路输入电压波动下,反激式转换器的可靠性也得到保证。



图二 : 输入过电压保护
图二 : 输入过电压保护

图3显示了商用空调中输入过电压保护功能的运行。空调系统采用320VAC线路输入工作,且线路电压突然增加到336VAC。启动LOVP功能且FPS功率开关(FSL MRIN系列)停止转换。当线路输入电压恢复到正常水准时,保护功能被清除,且FPS功率开关(FSL MRIN系列)再次进行转换操作。



图三 : 空调上输入过电压保护的运行波形及恢复
图三 : 空调上输入过电压保护的运行波形及恢复

结论

介绍带输入线路过电压保护(LOVP)功能的飞兆FPS功率开关新系列。结合FPS功率开关(FSL MRIN系列)耐用的内部功率MOSFET,可提供线路波动扩展保护。对于电网经常不稳定的应用,这是重要的保护功能。


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