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10/2/2015 1 Active Switch Stress Active Switch Utilization

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Active Switch Stress

Active Switch Utilization

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Semiconductor Proportional Cost

Switch Utilization Table

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Flyback Application: iPad Charger

http://www.righto.com/2014/05/a‐look‐inside‐ipad‐chargers‐pricey.html

Flyback Off‐Line Charger Application Circuit

http://www.dialog‐semiconductor.com/sites/default/files/iw1691‐datasheet.pdf

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Converter Design

• No definitive way to determine best converter topology for a given application

• Performance in power electronics depends heavily on details of implementation− Circuit layout− Gate driver design− Cooling system− Materials

• Switch stress/utilization give some direction on candidate topologies− Active switches often dominate loss and cost of converter

Parameterized Design

• To design converter independent of device implementation, consider voltage and current stresses of all elements

• In transformer isolated converters, the turns ratio is a degree of freedom for the design

• Use design equations in e.g. Excel or Matlab to examine effects of design on resulting stresses

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Spreadsheet Design Example

Forward Converter in CCM

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Flyback Converter in CCM

Forward Converter Analysis

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Forward Converter DCM Bound

Forward Converter Stress

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Spreadsheet Design Results

Design Comparison

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Converter Current Stresses

Secondary Device Stresses

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Chapter 6: Summary

• Transformer‐based converters often useful when extreme conversion ratios or galvanic isolation are required

• Isolated converters can be analyzed using conventional approaches, first replacing transformer by ideal transformer with magnetizing inductance

• Must ensure transformer volt‐second balance, even in converters where it is not used as an energy storage element

• Selecting the best topology for a given application is an imprecise science, but active switch stress and utilization are figures‐of‐merit that give some insight

• Full comparison requires detailed analysis of candidate topologies