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无暂态要求的低压大电流DC/DC变换技术

这一类变换器是针对负载变化极其迅速的低压大电流DC/DC变换技术而言的,并非没有一点儿暂态要求,实现起来还是相对容易的。对这一类技术,主要总结各类拓扑结构、自驱动同步技术和一些集成磁技术。

低压大电流DC/DC变换技术的关键是寻找合适的拓扑结构,使变压器的副边波形能直接驱动代替二极管的同步整流MOSFET。这样既能保持简单性,又能实现高效率。在低压大电流输出的电源中,副边整流环节的损耗占整个损耗的极大部分。最好的肖特基二极管也有0.25v正向压降,将产生巨大的导通损耗。所以,整流器件的惟一选择是用同步整流MOS-FET,副边的研究便主要集中在如何驱动这些同步整流MOSFET上。一种办法是采用外部控制电路,产生合适时序的驱动信号,去驱动这些同步整流MOSFET,简称外驱动技术;另一种办法便是选择拓扑,直接用副边波形来驱动这些同步整流MOSFET,简称自驱动技术。目前,与自驱动同步整流技术相匹配的拓扑结构只有两种:一是有源钳位正激变换器;二是互补驱动半桥电路。

有源钳位正激变换器是一个美国专利,它用一个辅助管和电容串联后再与变压器原边相并联,来实现磁化电流的去磁。当主开关断开时,磁化电流先通过辅助管的体二极管给电容充电,一旦该电流反向,辅助管便导通,电容对激磁电感反向激磁,达到去磁的目的。这种方式有许多优点,如可扩展占空比(D>0.5),原边管子电压尖峰很小,副边的电压波形没有死区,从而可以作为副边两个同步整流MOSFET的自驱动信号等。在低压大电流DC/DC变换中,这是应用最为广泛的一个电路。

互补驱动半桥变换器也是一个美国专利,与对称驱动不同。半桥两个管子的驱动时序是互补的,稍留一些死区,变压器原边串联一个隔直电容。该电容上的电压是一个直流电压,且与占空比有关,其值为Dvin,用以自动保持变压器的磁平衡。这个电路的最大占空比为0.5。因其副边的电压波形无死区,从而也是自驱动同步整流的合适拓扑。目前,它在低压大电流DC/DC变换中的应用非常广泛。

除了这两个拓扑结构外,三绕组钳位正激变换器、谐振钳位正激变换器等也是可以考虑的。只是在应用的时候,要考虑如何较简单地构成自驱动。构筑自驱动方式的好坏直接影响到控制的简单性、效率的高低以及电源的可靠性。

在低压大电流DC/DC变换器中,副边整流管的通态损耗尽管是最关键的一部分,但Lay-out的损耗也不应忽视,尤其是大电流焊点处的损耗、印制板引线上的导电损耗等。如何减小焊点损耗,对于提高效率来说关系重大。倍流整流技术(CurrentDoubler)可将副边的中心抽头省掉,副边的匝数至少可以省一匝。另外,它还提供了变压器与电感集成于一个铁芯上的理论可能性,构成集成磁技术的低压大电流DC/DC变换器。目前,采用集成磁技术的CurrentDoubler,其变压器和电感共用一个铁芯,副边绕组与电感绕组中的两个头共用,电感绕组的第三个头由一个外脚(OuterLeg)引出,构成的磁路很紧凑。全部原副边都可用印制板制作。由这种集成磁技术构成的低压大电流电源,具有很低的厚度和非常高的功率密度,是理想的新一代高功率密度电源产品。


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