软开关转换器必须考虑的输出电容事项
品慧电子讯功率转换开关频率一直在不断提高，以便最大限度地提升功率密度，软开关技术如零电压开关成为通用的技术以进一步提高开关频率。随着开关频率的增大，功率MOSFET 的寄生特性不再可忽略不计，输出电容是所有寄生成分中至关重要的寄生参数。
对于采用软开关技术如零电压开关(zero voltage switching，ZVS)拓扑的功率转换器设计，输出电容是所有寄生成分中至关重要的寄生参数。它决定了需要多少电感量来提供ZVS的工作条件。传统上，许多设计人员使用粗略的假设来为公式[1-2]提供输出电容的固定值。然而常用的等效输出电容值在实际应用中却没有很大的帮助，因为它是根据漏-源电压变化的，并且在开关管导通/关断转变期间不能提供准确的储能信息。在功率转换器工作电压下，根据输出电容存储能量新定义的等效输出电容，能够实现更优化的功率转换器设计。
ZVS转换器中的输出电容
在软开关拓扑中，通过使用电感中的储能来达到零电压导通，漏电感和串联电感或变压器中的磁化电感，通过谐振方式使开关管中的输出电容放电。因此，电感必须精确设计，以防止硬开关引起额外的功率损耗。下面的公式是零电压开关的基本要求。
(1)其中，Ceq是开关等效输出电容，CTR是变压器寄生电容
(2)
其中，CS是开关等效输出电容
公式(1)用于移相全桥拓扑[2]，公式(2)用于LLC谐振半桥拓扑[3]。在两个公式中输出电容都起着重要作用。如果在公式(1)中假设输出电容过 大，公式会给出较大的电感。然后，此大电感将降低初级di/dt，并且减低功率转换器的有效占空比。相反，太小的输出电容将导致较小的电感和有害的硬开 关。另外，公式(2)中太大的输出电容将限制磁化电感并引起循环电流的增加。因此，对于优化软开关转换器设计，获取准确的开关输出电容值是非常关键的。通 常，针对等效输出电容的常见假设倾向于使用较大的数值。所以，根据公式(1)或(2)选择电感后，设计人员必须调整其功率转换器参数，并且要经过数次反复 设计，因为每个参数都是相互关联的，例如，匝数比、漏电感、以及有效占空比。而且，功率MOSFET的输出电容是根据漏-源电压变化的。在功率转换器工作 电压下，根据储能来等效出的输出电容值是这些应用的最佳替代选择。
从输出电容中获得储能
在电压-电荷关系图上，电容呈斜直线，电容中的储能为该直线下包含的区域。虽然功率MOSFET的输出电容却是非线性的，并且依据漏源电压的变化而变化， 但是，输出电容中的储能仍为非线性电容线下所包含的区域。因此，如果我们能够找出一条直线，由该直线给出的区域与图1中显示的变化的输出电容曲线所包含的 区域相同，则直线的斜率恰好是产生相同的储能的等效输出电容。
图1. 等效输出电容的概念
对于某些老式平面技术MOSFET，设计人员可能会用曲线拟合来找出等效输出电容，其基于通常指定的25V漏源电压下的数据表中的输出电容值。
(3)
于是，储能可由简单积分公式获得。
(4)
最后，有效输出电容即为
(5)
图2显示了输出电容的测量值以及由公式(3)得出的拟合曲线。相对于图2(a)的老式技术MOSFET，它的效果不错。然而，对于使用新技术如超级结技 术，输出电容有更多非线性特性的MOSFET，则简单的指数曲线拟合有时不够好。图2(b)显示了最新技术MOSFET的输出电容测量值以及用公式(3) 得出的拟合曲线。对于等效输出电容值，两者之间在高电压区的间隙会导致巨大的差异，因为在积分公式中电压对于电容是相乘的。图2(b)中的估计将产生大得 多的等效电容，这会误导转换器的初始设计。
图2. 输出电容估值，(a)老式MOSFET，(b)新MOSFET
如果输出电容值依据漏源电压而变化，输出电容中的储能可以使用公式(4)来求得。虽然电容曲线显示在数据表中，但从图表中精确地读出电容值并不容易。因 此，依据漏源电压，输出电容中的储能由最新功率MOSFET数据表中的图表给出。通过图3显示的曲线，使用公式(5)，可以得到在期望的直流(DC)总线 电压下的等效输出电容。
图3. 输出电容中的储能
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