中心議題：

• ZVS轉換器的輸出電容
• 從輸出電容中獲得儲能
• 輸出電容的常見問題

功率轉換開關頻率一直在不斷提高，以便最大限度地提升功率密度，軟開關技術如零電壓開關（ZVS）正逐漸普及以進一步提高開關頻率。隨著開關頻率的增大，功率MOSFET的寄生特性不再可以忽略不計。對於采用ZVS拓撲的功率轉換器設計，在所有寄生元素中最為重要的寄生參數就是輸出電容
，它決定了需要多少電感來提供ZVS的工作條件。

過去
，許多設計人員都使用粗略假設來提供等效輸出電容值
，因為輸出電容通常都指定為25V漏源電壓。不過，傳統的等效輸出電容值在實際應用中卻沒有多大幫助
，因為它隨漏源電壓變化，並且在開關導通/關guan斷duan期qi間jian不bu能neng提ti供gong準zhun確que的de儲chu能neng信xin息xi。在zai功gong率lv轉zhuan換huan器qi工gong作zuo電dian壓ya下xia，新xin定ding義yi的de輸shu出chu電dian容rong提ti供gong等deng效xiao的de儲chu能neng，能neng夠gou實shi現xian更geng優you化hua的de功gong率lv轉zhuan換huan器qi設she計ji。

ZVS轉換器的輸出電容

在軟開關拓撲中，通過諧振作用，利用電感（漏電感和串聯電感或變壓器中的磁化電感）中(zhong)的(de)儲(chu)能(neng)使(shi)開(kai)關(guan)管(guan)輸(shu)出(chu)電(dian)容(rong)放(fang)電(dian)來(lai)實(shi)現(xian)零(ling)電(dian)壓(ya)導(dao)通(tong)。因(yin)此(ci)，電(dian)感(gan)必(bi)須(xu)精(jing)確(que)設(she)計(ji)，以(yi)防(fang)止(zhi)硬(ying)開(kai)關(guan)引(yin)起(qi)的(de)附(fu)加(jia)功(gong)耗(hao)。下(xia)麵(mian)的(de)公(gong)式(shi)是(shi)零(ling)電(dian)壓(ya)開(kai)關(guan)的(de)基(ji)本(ben)要(yao)求(qiu)。

其中，Ceq是開關等效輸出電容，CTR是變壓器寄生電容。

其中，CS是開關等效輸出電容。

公式（1）用於移相全橋拓撲
，公式（2）用於LLC諧振半橋拓撲。在兩個公式中輸出電容都起著重要作用。如果在公式（1）中假設輸出電容很大
，則由公式將得出較大的電感。然後，此大電感將降低初級di/dt，並降低功率轉換器的有效占空比。相反，太小的輸出電容將導致較小的電感和有害的硬開關。另外，公式（2）zhongtaidadeshuchudianrongjiangxianzhicihuadianganbingyinqixunhuandianliudezengjia。yinci，duiyuyouhuaruankaiguanzhuanhuanqisheji，huoquzhunquedekaiguanshuchudianrongzhijiangfeichangguanjian。tongchang，zhenduidengxiaoshuchudianrongdechuantongjiasheqingxiangyushiyongjiaodashuzhi。suoyi，genjugongshi（1）或（2）選擇電感後，設計人員還需調整功率轉換器參數，並經過多次反複設計，因為每個參數都相互關聯，例如，匝數比、漏電感

、以及有效占空比。而且，功率MOSFET的輸出電容將跟隨漏源電壓變化。在功率轉換器工作電壓下，提供等效儲能的輸出電容是這些應用的最佳選擇。

從輸出電容中獲得儲能

在電壓與電荷關係圖（圖1）上，電容為直線的斜率，電容中的儲能為該直線下包含的麵積。雖然功率MOSFET的(de)輸(shu)出(chu)電(dian)容(rong)呈(cheng)非(fei)線(xian)性(xing)，並(bing)依(yi)據(ju)漏(lou)源(yuan)電(dian)壓(ya)的(de)變(bian)化(hua)而(er)變(bian)化(hua)

，但(dan)是(shi)輸(shu)出(chu)電(dian)容(rong)中(zhong)的(de)儲(chu)能(neng)仍(reng)為(wei)非(fei)線(xian)性(xing)電(dian)容(rong)線(xian)下(xia)的(de)麵(mian)積(ji)。因(yin)此(ci)，如(ru)果(guo)我(wo)們(men)能(neng)夠(gou)找(zhao)出(chu)一(yi)條(tiao)直(zhi)線(xian)，由(you)該(gai)直(zhi)線(xian)給(gei)出(chu)的(de)麵(mian)積(ji)與(yu)圖(tu)1所示變化的輸出電容曲線所包含的麵積相同，則直線的斜率恰好是產生相同儲能的等效輸出電容。

圖1：等效輸出電容的概念

對於某些老式平麵技術MOSFET

，設計人員可能會用曲線擬合來找出等效輸出電容。

於是

，儲能可由簡單積分公式獲得。

最後，有效輸出電容為：
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圖2（a）顯示了輸出電容的測量值及由公式（3）得出的擬合曲線。然而，對於具有更多非線性特性的新式超級結MOSFET而言，則簡單的指數曲線擬合有時不夠好。圖2（b）顯示了最新技術MOSFET的輸出電容測量值及用公式（3）得出的擬合曲線。兩者在高壓區的差距將導致等效輸出電容的巨大差異，因為在積分公式中電壓與電容是相乘的。圖2（b）中的估計將得出大得多的等效電容
，這會誤導轉換器的初始設計。

圖2：輸出電容估算：（a）老式MOSFET，（b）新式MOSFET

如果依據漏源電壓變化的輸出電容值可得，則輸出電容儲能可用公式（4）求qiu出chu。雖sui然ran電dian容rong曲qu線xian顯xian示shi在zai數shu據ju表biao中zhong
，但dan要yao想xiang從cong圖tu表biao中zhong精jing確que讀du出chu電dian容rong值zhi並bing不bu容rong易yi。因yin此ci，依yi據ju漏lou源yuan電dian壓ya變bian化hua的de輸shu出chu電dian容rong儲chu能neng將jiang由you最zui新xin功gong率lvMOSFET數據表中的圖表給出。通過圖3顯示的曲線，使用公式（5）可以得到期望的直流總線電壓下的等效輸出電容。

圖3：輸出電容中的儲能

輸出電容的常見問題

在許多情況下，開關電源設計人員會對MOSFET電容溫度係數提出疑問，因為功率MOSFET通常工作在高溫下。總的來說，可以認為MOSFET電容對於溫度而言始終恒定。MOSFET電容由耗盡長度、摻雜濃度、溝道寬度和矽介電常數所決定
，但所有這些因素都不會隨溫度而產生較大變化。而且MOSFET開關特性如開關損耗或開/關轉換速度也不會隨溫度而產生較大變化，因為MOSFET是多數載流子器件，因而開關特性主要是由其電容決定。當溫度上升時
，等效串聯柵極電阻會有略微增加。這會使MOSFET在高溫下的開關速度稍許降低。圖4顯示了根據溫度變化的電容。溫度變化超過150度時，電容值的變化也不超過1%。

圖4：MOSFET電容與溫度的關係

設計人員感興趣的另一個地方是MOSFET電容的測試條件。大多數情況下，輸出電容在1MHz頻率和Vgs為0V的條件下測量。事實上存在著柵漏間電容、柵(zha)源(yuan)間(jian)電(dian)容(rong)及(ji)漏(lou)源(yuan)間(jian)電(dian)容(rong)。但(dan)實(shi)際(ji)上(shang)卻(que)不(bu)可(ke)能(neng)單(dan)獨(du)測(ce)量(liang)每(mei)一(yi)電(dian)容(rong)。因(yin)此(ci)，柵(zha)漏(lou)間(jian)電(dian)容(rong)和(he)漏(lou)源(yuan)間(jian)電(dian)容(rong)之(zhi)和(he)總(zong)稱(cheng)為(wei)輸(shu)出(chu)電(dian)容(rong)，通(tong)過(guo)並(bing)聯(lian)兩(liang)個(ge)電(dian)容(rong)來(lai)測(ce)量(liang)。為(wei)使(shi)它(ta)們(men)並(bing)聯(lian)，將(jiang)柵(zha)極(ji)與(yu)源(yuan)極(ji)短(duan)接(jie)在(zai)一(yi)起(qi)
，即(ji)Vgs=0V。在開關應用中，當MOSFET在柵極加偏置電壓而導通時，輸出電容通過MOSFET溝道而短路。僅當MOSFET關斷時，輸出電容值才值得考慮。關於頻率，如圖5所示，低壓下的輸出電容在低頻時稍有增加。低頻時
，因為測試設備的限製，有時無法測量低漏源電壓下的電容。圖5中，當漏源電壓小於4V時
，100kHz時shi的de電dian容rong將jiang無wu法fa測ce出chu。雖sui然ran輸shu出chu電dian容rong存cun在zai微wei小xiao變bian化hua，但dan是shi等deng效xiao輸shu出chu電dian容rong卻que幾ji乎hu恒heng定ding，因yin為wei低di壓ya下xia的de輸shu出chu電dian容rong微wei小xiao變bian化hua不bu會hui對dui儲chu能neng產chan生sheng如ru圖tu3所示那樣大的影響。

圖5：MOSFET電容與頻率的關係

本文小結

shuchudianrongshiruankaiguanzhuanhuanqishejidezhongyaobufen。shejirenyuanbixushenzhongkaolvdengxiaodianrongzhi，erbushijiangqigudingweilouyuandianyaxiadedanyishuzhi。chucizhiwai，benwenhaitigongleyouguanshuchudianrongceshitiaojianhewenduxishudetaolun。