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交叉级联正激式同步整流拓朴实现DC-DC变换器.

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一种新型交错并联双向DC_DC变换器_陆治国

一种新型交错并联双向DC_DC变换器_陆治国

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中国电机工程学报
第 33 卷
变换比的功能，但其体积和成本较大，且易出现磁 饱和现象，因而在一些储能系统中并不适用；文献 [12]提出了一种非隔离双向直流变换器，该电路在 引入了一个耦合电感后，消除了开关管寄生体二极 管的反向恢复问题，但该变换器并没有解决输入/ 输出电流纹波大的问题。近年来，大功率电源系统 的广泛使用使得交错并联技术得到了快速的发展。 交错并联技术因其具有低电流纹波、易于电磁干扰 (electromagnetic interference，EMI)设计、动态响应 快等特点而常被应用于一些电流较大的场合[13-16]。 文献[17-20]在燃料电池和电动汽车等不同领域应 用了交错并联技术，其主要原因是因为交错并联技 术应用于双向 DC/DC 变换器中不仅可以有效地降 低变换器开关器件的开关电流应力与输入/输出电 流的纹波，还有益于提高变换器的动态响应及变换 器的效率。从诸多文献来看[13-20]，传统的交错并联 结构双向 DC/DC 变换器虽然具有结构简单，可靠 性强的特点，但该电路存在以下缺点：①开关管电 压应力为 UH，当 UH 较高时不利于开关管的选取； ②各模块电感电流不能自动均流，需进行均流处 理；③在一些输入输出电压变换比大的场合，开关 管需要工作在极端占空比状态，不利于变换器效率 的提高，且限制了开关管工作频率的提升。
DOI:10.13334/j.0258-8013.pcsee.2013.12.008
第 33 卷 第 12 期 2013 年 4 月 25 日
中国电机工程学报 Proceedings of the CSEE
Vol.33 No.12 Apr.25, 2013 ©2013 Chin.Soc.for Elec.Eng. 39
由于分布式能源其自身并没有能量储存的功 能，因此现今分布式发电系统大多数都是含有辅助 存储系统[8]，从而形成含有储能系统的复合式发电 系统。该系统一般由分布式电源，单向 DC/DC 变 换器，双向 DC/DC 变换器，蓄电池，直流母线， 逆变器以及负载等构成，如图 1 所示。

交错并联DC-DC变换器方案

交错并联DC-DC变换器方案

交错并联DC/DC变换器方案
1 引言
笔者提出了一种交错并联的低压大电流DC-DC变换器，它的一次侧采用对称半桥结构，而二次侧采用倍流整流结构。

采用这种结构可以极大地减小滤波电容上的电流纹波，从而极大地减小了滤波电感的大小与整个DC-DC变换器的尺寸。

这种变换器运行于48V的输入电压和100kHz的开关频率的环境。

2 倍流整流的低压大电流DC-DC变换器的结构分析
倍流整流低压大电流DC-DC变换器的电路原理图如图1所示，一次侧采用对称半桥结构，二次侧采用倍流整流结构，在S1导通时SR1必须截止，L1充电;在S2导通时SR2必须截止，L2充电，这样滤波电感电流就会在滤波电容上移项叠加。

图2给出了开关控制策略。

反激同步整流DC-DC变换器的设计

反激同步整流DC-DC变换器的设计

反激同步整流DC-DC变换器的设计
邓于;廖长荣;周召福
【期刊名称】《重庆文理学院学报（自然科学版）》
【年(卷),期】2009(028)002
【摘要】以UC2843芯片为核心,设计出了一种单端反激式、宽电压输入、单路固定电压输出的15 W开关稳压电源,它能有效降低电源损耗、提高调整性能.其电路采用一种有别于RC缓冲电路的新技术,结合电流型PWM控制,利用反激变换器中的耦合电感与外加小容量电容器构成LC谐振电路,能高效地完成关断感性负载的暂态缓冲,并能抑制二极管的反向恢复不良特性.实践证明:该技术能达到设计要求.【总页数】6页(P5-10)
【作者】邓于;廖长荣;周召福
【作者单位】重庆文理学院,电子电气工程学院,重庆,永川,402160;重庆文理学院,电子电气工程学院,重庆,永川,402160;重庆文理学院,电子电气工程学院,重庆,永川,402160
【正文语种】中文
【中图分类】TM910.2
【相关文献】
1.同步整流技术在单端正/反激型DC-DC变流器应用电路研究 [J], 高潮
2.反激同步整流DC-DC变换器的设计 [J], 邓于;廖长荣;周召福;
3.一种反激同步整流Dc-Dc变换器设计 [J], 任光;李卫东;高潮
4.一种反激同步整流DC-DC变换器设计 [J], 任光;李卫东;高潮
5.一种小功率反激同步整流电源的设计 [J], 林建伟;王宏生
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方案分享 一种同步整流式DC

方案分享 一种同步整流式DC

方案分享一种同步整流式DC作为一种比较常见的电源管理配件，工程师们平时所用到的DC-DC变换器种类繁多，不同的电源变换器在工作应用方面也有各自的长处。

在今天的方案分享中，我们将会为工程师们分享一种同步整流式DC-DC变换器的设计，希望能够通过本文的介绍，对大家的新产品研发工作有所帮助。

 在本次的方案分享中，我们所设计的电源变换器为正激、隔离式结构，其本身的输出功率为16.5W。

这种电源变换器采用单片开关式稳压器DPA424R，其本身的直流输入电压范围是36～75V，输出电压为3.3V，输出电流为5A。

这一电源转换器主要采用400kHz同步整流技术，大大降低了整流器的损耗。

当直流输入电压为48V时，电源效率η=87%。

变换器具有完善的保护功能，包括过电压欠电压保护，输出过载保护，开环故障检测，过热保护，自动重启动功能、能限制峰值电流和峰值电压以避免输出过冲。

 在本方案中，这种同步整流是DC-DC电源变换器的主电路图如下图图1所示。

可以看出，在这一主电路系统中，由DPA424R构成的16.5W同步整流系统。

与分立元器件构成的电源变换器相比，可大大简化电路设计。

由C1、L1和C2构成输入端的电磁干扰（EMI）滤波器，可滤除由电网引入的电磁干扰。

 在这种同步整流式变换器的主电路结构中，我们可以看到，电阻R1在该电路系统中主要被用来设定欠电压值UUV及过电压值UOV，因此，当其取值为R1=619kΩ时，则欠电压值UUV=619kΩ×50μA+2.35V=33.3V，而过电压值UOV=619kΩ×135μA+2.5V=86.0V。

当输入电压过高时，则R1还能线性地减小最大占空比，防止磁饱和。

电阻R3为极限电流设定电阻，取R3=11.1kΩ时，所设定的漏极极限电流为1.5A。

电路中的稳压管VDZ1。

基于同步整流技术的全数字双向DC_DC变换器的研制_吴峂

基于同步整流技术的全数字双向DC_DC变换器的研制_吴峂

#
电路工作过程分析
本文提出的主电路拓扑如图 + 所示，主要包 括：电源输入侧滤波电容 & ) ；主开关管 .) 以及 — +*) —
基于同步整流技术的全数字双向 ?@ A ?@ 变换器的研制
《电气应用》!""# 年第 !$ 卷第 %! 期
! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! 压器一次绕组的同名端，输出电流流出变压器二 次绕组的同名端。此时能量由输入侧向负载侧传 输的方式同传统的单端正激变换器基本一致，其 电流流向如图 !" 中所示。图中的 ! # 代表变压器 一次侧电流， ! $ 代表变压器二次侧电流（下同） 。 此过程直到主管被触发关断时才会结束。 漏感的限制，变压器二次侧的电流由输出电流逐 渐减小，而流过续流管体二极管的电流则由零开 始逐渐增大。在此阶段中，输出电流在由整流回 路向续流 回 路 换 流。此 过 程 电 流 方 向 如 图 !’ 中 所示。图中的 ! $" 、 ! $’ 分别 表 示 变 压 器 二 次 侧 电 流流经整流管和续流管的两部分。 阶段 & （续流阶段） ：在此阶段开始时，续流 管 %& 被触发导通，所以输出电流主要经由 ()* 管续流，因而损耗大为降低。此阶段将持续到续 流管 %& 被 触 发 关 断 时 才 会 结 束，其 电 流 流 向 如 图 !+ 所示。 阶段 ! （死区时间 $ ） ：此阶段刚开始时，续 流管 %& 被触发关断，但其体二极管仍导通续流。 输出电流 完 全 经 由 续 流 管 的 体 二 极 管 进 行 续 流。 此阶段直至主管被触发导通以后才会中止。此过 程电流方 向 如 图 !, 所 示。至 此，主 电 路 一 周 期 的工作已经结束。当电路下一次的动作时，主管 %# 和整流管 %$ 又会被触发导通，电路又重新进 入阶段 # 时的工作状态。 ! " # 能量反向流动时工作过程分析 在 能 量 反 向 流 动 时， 电 路 的 工 作 过 程 与 -../0 电路基本一致，可大体分为两个阶段： 阶段 # （续流） ：此 阶 段 当 中，续 流 管 导 通、 整流 管 关 断，蓄 电 池 放 电 电 流 ! $ 流 过 电 感 线 圈 " ，电流线性增加，电能以磁能形式储在电感线 圈 " 中。此过程电流方向如图 1" 所示。 阶段 $ （反向放电） ：此阶段当中，续流管关 断、整流 管 导 通。电 感 " 将 其 中 储 存 的 磁 能 转 化为电能与蓄电池一起向输入侧放电。其电流流 向如图 1’ 中所示。 ! " ! 变压器、电感、电容参数的选取 综合电源体积、系统效率、控制精度、器件耐 压等诸多因素的考虑，本文选取的工作频率 # 2 11345， $ 2 # % # ，最大占空比 & 6"7 为 8 9 ! ，则主 管 %# 的最大导通时间 ’ .: 6"7 为 ’ .: 6"7 2 $ ; & 6"7 （ # ）变压器的计算

交错并联同步整流DC-DC变换器的研究

交错并联同步整流DC-DC变换器的研究

高频开关电源课程报告交错并联同步整流DC-DC变换器的研究Research on a Interleaved DC-DCConverter Using Synchronous RectificationABSTRACT:As the rapid development of power electronics technique, the switch supply have been advanced. It has replaced the linear steady voltage supply and because the most extensive direct current steady voltage supply that has been applied. It’s determined by the predominant performance of switch supply. Switch supply is consisted of AC-DC and DC-DC. As the work of large scale integrated circuit is normal, VRM is required to decrease low output voltage, continuous to increase output current, and also meets high efficiency, rapid dynamic response etc, in order to meet these needs, low voltage and high current DC-DC converter reflects the development orientation of switching power supply. To optimize the performance of low-voltage/high-current DC-DC converter, it is necessary to enhance it’s topology and control method. In this paper, synchronous rectifier and the multi-phase interleaved parallel technology are studied, presents a low voltage high current DC-DC converter design. I apply Matlab/Simulink software to simulate the circuit and the results verify the validity of the proposed scheme.KEY WORDS：buck converter，low voltage and high current，synchronous rectifier interleaved，Matlab/Simulink摘要：随着电力电子技术的飞速发展，开关电源技术不断得到提高，现在它已经取代线性稳压电源，成为目前最为广泛使用的直流稳压电源，这主要是由它的优越性能所决定的。

同步整流技术及其在DCDC变换器中的应用

同步整流技术及其在DC／DC变换器中的应用摘要：同步整流技术是采用通态电阻极低的功率MOSFET来取代整流二极管，因此能大大降低整流器的损耗，提高DC／DC变换器的效率，满足低压、大电流整流的需要。

首先介绍了同步整流的基本原理，然后重点阐述同步整流式DC／DC 电源变换器的设计。

关键词：同步整流；磁复位；箝位电路；DC／DC变换器1 同步整流技术概述近年来随着电源技术的发展，同步整流技术正在向低电压、大电流输出的DC／DC变换器中迅速推广应用。

DC／DC变换器的损耗主要由3部分组成：功率开关管的损耗，高频变压器的损耗，输出端整流管的损耗。

在低电压、大电流输出的情况下，整流二极管的导通压降较高，输出端整流管的损耗尤为突出。

快恢复二极管（FRD）或超快恢复二极管（SRD）可达1.0～1.2V，即使采用低压降的肖特基二极管（SBD），也会产生大约0.6V的压降，这就导致整流损耗增大，电源效率降低。

举例说明，目前笔记本电脑普遍采用3.3V甚至1.8V或1.5V的供电电压，所消耗的电流可达20A。

此时超快恢复二极管的整流损耗已接近甚至超过电源输出功率的50％。

即使采用肖特基二极管，整流管上的损耗也会达到（18％～40％）PO，占电源总损耗的60％以上。

因此，传统的二极管整流电路已无法满足实现低电压、大电流开关电源高效率及小体积的需要，成为制约DC／DC变换器提高效率的瓶颈。

同步整流是采用通态电阻极低的专用功率MOSFET，来取代整流二极管以降低整流损耗的一项新技术。

它能大大提高DC／DC变换器的效率并且不存在由肖特基势垒电压而造成的死区电压。

功率MOSFET属于电压控制型器件，它在导通时的伏安特性呈线性关系。

用功率MOSFET做整流器时，要求栅极电压必须与被整流电压的相位保持同步才能完成整流功能，故称之为同步整流。

为满足高频、大容量同步整流电路的需要，近年来一些专用功率MOSFET不断问世，典型产品有FAIRCHILD公司生产的NDS8410型N沟道功率MOSFET，其通态电阻为0.015Ω。

常见DC-DC变换器拓扑综述sometimes~

常见DC/DC变换器拓扑综述Sometimes电源网SIMPLY SMARTER™提要：1.非隔离变换器2.隔离变换器非隔离变换器拓扑•BUCK（降压）类型变换器•BOOST （升压）类型变换器•BUCK－BOOST （升降压）类型变换器BUCK（降压）类型变换器基本BUCK变换器基于耦合电感的BUCK变换器BUCK变换器的并联同步整流BUCK变换器吸收电路，来抑制尖峰。

可以采用直接并联，或者交错并联的方法。

多相交错并联可以减少输入输出电流纹波，更为常用。

并联还需要注意的就是均流问题。

改进的办法：二极管模拟技术BUCK（降压）类型变换器的应用1.通信，工业，消费类电子等降压场合，比如POL，VRM2.适配器前级的PFC电路3.LED的驱动•等等BOOST变换器的应用Boost变换器由于动态响应，保护等问题，在应用领域没有BUCK这么广泛。

但是可以用在一些升压的场合。

最为常见的是PFC应用，由于boost输入电流可以连续，结构简单，是PFC电路的主流拓扑这个拓扑，当终导通的时候，可作为间切换。

隔离变换器拓扑1.Flyback2.Forward3.Push Pull4.Half Bridge5.Full Bridge6.ZVS7. ResonantD2，D3也是用来钳位漏感尖峰，并不是用来复位。

原边的电容可以是一个或者两个，稳态时候是一样的，但是启动时候，略有差别。

3.不对称控制方式LLC半桥变换器现在比较流行的谐振变换器。

可以实现比较完全的软开关。

但是由于是变频控制，在适应宽电压输入，以及过流限流方面比较困难。

LLC全桥大功率谐振变换器其他事实上，DC/DC的拓扑还远不止如此，很多拓扑由于不是很常用，不为人熟知，比如CUK，ZETA，推挽正激，四开关推挽，隔离Boost拓扑群，不对称反激变换器，LCC谐振变换器，以及单级PFC，串并联组合拓扑等等。

基于单端正激模型的双向DC-DC变换器研究

基于单端正激模型的双向DC-DC变换器研究时间：2012-09-11 来源：作者：摘要：本文对基于单端正激变换器的隔离式双向DC-DC变换器进行了研究，电路结构简洁，可应用于同步整流技术，具有高性能、成本低的优点。

经过对其拓扑的分析，给出了各开关管工作时序，对正向和反向的工作原理进行了说明，结合参数设计要求，给出了电路各关键参数的选择方法，为了使变换器能够稳定有效工作，采取正向电压外环电流内环双闭环、反向电压单闭环控制的方式。

最后通过试验，充分证明了该变换器的可行性和先进性。

叙词：双向变换DC-DC 正激参数选型双闭环Abstract：A kind of isolated bi-directional DC-DC converter based on the single-ended forward converter has been researched in this paper, which has the advantages of simple topology, low loss and high performance. This converter can also be used in the condition of synchronous rectification. Considering the characteristics of the circuit, driving signal waveforms of each switch are analyzed, while the working principle of both forward and reverse mode is introduced. Combining the requests of the system, the methods of choosing the key parameters are given. In order to ensure the efficiency and dynamic response, voltage and current dual-close loop control strategy is adopted in the forward conversion, while single voltage feedback is adopted in the reverse mode. The correctness and feasibility of this converter are verified through simulation tests.Keyword：Bi-directional converter, DC-DC, Forward, Key parameters,Dual-close loop1 引言双向DC-DC变换器是DC-DC变换器的双象限运行，它的输入电压、输出电压极性不变，输入电流、输出电流的方向可以改变[1]。

交叉级联正激式同步整流拓朴实现DC-DC变换器

交叉级联正激式同步整流拓朴实现DC-DC变换器
1 概述
DC-DC 变换器是开关电源的核心组成部份，常用的正激式和反激式电路拓朴。

常规正激式变换器的功率处理电路只有一级，存在MOSFET 功率开关电压应力大，特别是当二次侧采用自偏置同步整流方式，输入电压变化范围较宽，如输入电压为75V 时，存在栅极偏置电压过高，甚至有可能因栅压太高而损坏同步整流MOSFET 的危险。

而且当输出电流较大时，输出电感上的损耗
将大大增加，严重地影响了效率的提升。

使用交叉级联正激式同步整流变换电路，不但输出滤波电感线圈可省去，实现高效率、高可靠DC-DC 变换器，达
到最佳同步整流效果。

2 基本技术
2.1 交叉级联正激变换原理
交叉级联变换的拓朴如
2.2 同步整流技术
众所周知，普通二极管的正向压降为1V，肖特基二极管的正向压降为0.5V，采用普通二极管和肖特基二极管作整流元件，大电流情况下，整流元件自身的功耗非常可观。

相比之下，如果采用功率MOSFET 作整流元件，则
当MOSFET 的栅源极施加的驱动电压超过其闽值电压，MOSFET 即进入导通状态，无论从漏极到源极或从源极到漏极，均可传导电流。

导通电流在MOSFET 上产生的压降仅与MOSFET 的沟道电阻成比例关系，n 个MOSFET 并联时，压降可降为单个MOSFET 的1/ n。

因此，理论上由整流元件压降产生的损耗可人为的降到最小。

同步整流(SynchronousRectify，缩写为SR)正是利用。

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交叉级联正激式同步整流拓朴实现DC-DC变换器
1 概述
DC-DC变换器是开关电源的核心组成部份，常用的正激式和反激式电路拓朴。

常规正激式变换器的功率处理电路只有一级，存在MOSFET功率开关电压应力大，特别是当二次侧采用自偏置同步整流方式，输入电压变化范围较宽，如输入电压为75V时，存在栅极偏置电压过高，甚至有可能因栅压太高而损坏同步整流MOSFET的危险。

而且当输出电流较大时，输出电感上的损耗将大大增加，严重地影响了效率的提升。

使用交叉级联正激式同步整流变换电路，不但输出滤波电感线圈可省去，实现高效率、高可靠DC-DC变换器，达到最佳同步整流效果。

2 基本技术
2.1交叉级联正激变换原理
交叉级联变换的拓朴如图1所示，前级用于稳压，后级用于隔离的两级交叉级联的正激变换器组成的同步降压变换器。

为了实现宽输入电压范围及隔离级恒定的电压输入，前后两级正激变换都应在最佳的目标下工作，从而确保由它所组成的高效率同步降压变换器能接收整个35-75V通信用输入电压范围，并将它变换为严格调整的中间25V总线电压。

实际中间总线电压由隔离级的需要预置，取决于隔离级的变比。

中间电压较高时，可以采用较小的降压电感值和较低的电感电流，因而损耗也少。

整个降压级的占空比保持在30^'60%，可协助平衡前后两级正激变换的损耗。

为使性能最佳，并使开关损耗降至最小，开关频率的典型值为240k-300kHz;由于使用低通态电阻(RDS(on))的MOSFET，导通损耗比较小。

传统的单级变换器主开关必需使用至少200V以上的MOSFET，其RDS(on)等参数显著增加，必然意味着损耗增加，效率下降。

交叉级联正激变换拓扑的简化原理图如图2所示。

2.2同步整流技术
众所周知，普通二极管的正向压降为1V，肖特基二极管的正向压降为0.5V，采用普通二极管和肖特基二极管作整流元件，大电流情况下，整流元件自身的功耗非常可观。

相比之下，如果采用功率MOSFET作整流元件，则当MOSFET的栅源极施加的驱动电压超过其闽值电压，MOSFET即进入导通状态，无论从漏极到源极或从源极到漏极，均可传导电流。

导通电流在MOSFET上产生的压降仅与MOSFET的沟道电阻成比例关系，n个MOSFET并联时，压降可降为单
个MOSFET的1/ n。

因此，理论上由整流元件压降产生的损耗可人为的降到最小。

同步整流(SynchronousRectify，缩写为SR)正是利用MOSFET等有源器件
的这种特性进行整流的一项技术。

采用功率 MOSFET实施SR的主要损耗为:
导通损耗:
开通损耗:
关断损耗:
驱动损耗:
式中 I 为正向电流有效值，RDS(on)为通态电阻，fS为开关频率，CGSS
为输入电容，Coss为输出电容，D为占空比。

可见，正向导通损耗与RDS(on)成正比。

不同VDS的MOSFET, RDS(on)往往可相差几个数量级，所以相同电路
拓扑中采用100V MOSFET的损耗比采用200VMOSFET明显要低。

考虑到低VDS的MOSFET比高VDS MOSFET的Coss要小，据关断损耗式，表明低VDSMOSFET的关断损耗也小。

驱动损耗式为开关过程中输入电容充放电引起的损耗，该损耗与栅一源驱动电压的平方成正比。

由于采用了两级变换器，对隔离级来说，因稳压级己经将较宽的输入电压稳在固定的中间总线电压上，变压器的变比可以达到最佳。

MOSFET的正向通态电阻RDS(on)以及输入电容是固定的，驱动损耗只与驱动电压的平方成正比关系。

总之，采用两级变换器可使正向导通损耗，驱动损耗等减到最小程度。

此外，交叉级联正激变换电路拓扑中，输出级同步整流MOSFET所需电压仅为输出电压的两倍，再加上1.2倍的保险系数，器件的耐压只是输出电压的2.4倍，远小于传统单级变换器解决方案需要达到输出电压4-10倍的要求。

这样采用交叉级联正激变换电路拓扑的两级变换器，便可使用低
压、低RDS(on，的MOSFET来实现极低的输出级导通损耗。

两级变换器还采用了并联MOSFET的输出，得到更低的RDS(on)以及更低的损耗。

在系统整体设计的时候，只要元件热分布合理，装置的使用寿命和可靠性必将有极大提高。