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保護反激式轉換器免受AC線路波動的影響
 

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

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雪崩耐用功率開關

防止輸入線路波動或過電壓的可能解決方案之一是採用堅固耐用的功率開關。 大多數整合式功率開關內置MOSFET來達成功率切換。 在功率開關兩端的高電壓超出其額定值並導致雪崩擊穿的情況下,典型的現代功率MOSFET能夠承受一定程度的壓力。 然而,抗壓程度會因設備技術或晶片設計的不同而有很大差別。 圖1顯示了一個示例。 兩台設備在導通電阻規格上非常相似。 但在未箝制電感性切換(UIS : unclamped inductive switching)測試中,FSL系列的電流位準比故障時高10倍以上。 這意味著FSL系列在設備發生故障之前可承受高許多的電流或能量壓力; 在此情況下可達424mJ:3.67mJ。 FSL系列中的內部功率MOSFET採用垂直DMOS結構,而競爭對手的設備採用橫向DMOS結構。 通常,用於飛兆FPS? 功率開關設備的垂直DMOS結構被認為更適合高壓、高功率MOSFET。 橫向DMOS結構更適合邏輯電路集成,但在承受高度能量壓力方面不如垂直DMOS。 事實上,很難找到未箝制切換條件,因為大多數反激式轉換器包括緩衝器電路,其在關閉功率開關期間箝制高電壓尖峰。 然而,緩衝器電路不能始終保持峰值電壓低於功率開關的最大額定值。 在異常情況下,如輸出短路或輸入線路過電壓,功率開關可能被擊穿。 在這種情況下,更好的耐雪崩能力有助於提高反激式轉換器可靠性。



圖一 : 內部MOSFET的UIS特點
圖一 : 內部MOSFET的UIS特點

帶有輸入過電壓保護的FPS功率開關(FSL MRIN系列)

在線路由於波動而出現過電壓的情況下,內部功率MOSFET在漏源極兩端電壓過高時關閉,並可進入雪崩擊穿狀態。 即使在短暫或異常條件下功率開關的內部MOSFET可承受一定程度的能量壓力,但它應被視為最後的故障安全功能,因為如果壓力超出能力範圍,內部MOSFET將發生永久性故障。 因此,當線路電壓達到過高電平時,最好關閉內部功率MOSFET。 這裏,帶防止輸入線路過電壓的嵌入式保護功能的功率開關為反激式轉換器設計人員提供了很大的優勢。 FSL117MRIN是新型環保模式功率開關,帶700V額定雪崩耐用內部MOSFET和內置輸入線路過電壓保護(LOVP)功能。 此LOVP功能為線路輸入電壓急劇上升提供了擴展保護,可確保反激式轉換器安全運行。 圖2顯示了LOVP功能的示意圖。 控制器內的電壓檢測電路即時監控輸入電壓。 當線路輸入電壓超過預定水準 – VIN引腳高於1.95V時,控制器啟動故障信號並關閉PWM輸出。 反激式轉換器停止運行,直到VIN引腳的電壓下降到1.89V。 為防止錯誤啟動LOVP,當線路過電壓持續時間超過20us時會觸發LOVP功能。 LOVP功能的另一個重要功能是自動恢復。 控制器連續監控線路輸入電壓,即使在故障情況下也如此,並在過電壓條件消失時打開PWM輸出。 鑒於家用電器應用基本上需要自動恢復模式而非鎖存模式[(latch),FSL117MRIN專為滿足客戶需求而設計。 通過LOVP功能,內部功率MOSFET可很好地避免發生雪崩擊穿的潛在風險。 在線路輸入電壓波動下,反激式轉換器的可靠性也得到保證。



圖二 : 輸入過電壓保護
圖二 : 輸入過電壓保護

圖3顯示了商用空調中輸入過電壓保護功能的運行。 空調系統採用320VAC線路輸入工作,且線路電壓突然增加到336VAC。 啟動LOVP功能且FPS功率開關(FSL MRIN系列)停止轉換。 當線路輸入電壓恢復到正常水準時,保護功能被清除,且FPS功率開關(FSL MRIN系列)再次進行轉換操作。



圖三 : 空調上輸入過電壓保護的運行波形及恢復
圖三 : 空調上輸入過電壓保護的運行波形及恢復

結論

介紹帶輸入線路過電壓保護(LOVP)功能的飛兆FPS功率開關新系列。 結合FPS功率開關(FSL MRIN系列)耐用的內部功率MOSFET,可提供線路波動擴展保護。 對於電網經常不穩定的應用,這是重要的保護功能。


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