交叉级联正激式同步整流拓朴实现DC-DC变换器.
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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
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。
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
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。
可提高双晶体管正激DC-DC电路效率的同步整流器控制芯片佚名
【期刊名称】《今日电子》
【年(卷),期】2002(000)006
【摘要】一个DC-DC变换器,如果其初级侧采用双晶体管正激拓扑,那么该变换器虽可接受高的输入电压,但却缺乏驱动次级侧电路的动态复位电路.要解决这个问题,可以使用一种自举型控制芯片来扩展和优化次级侧的栅极驱动能力,并由此获得高的转换效率.
【总页数】4页(P44-47)
【正文语种】中文
【中图分类】TN62
【相关文献】
1.正激式DC-DC同步控制双路输出变换器的研究 [J], 张婷;黄世奇;王祖良
2.桥臂互感型双正激式软开关电路 [J], 朱忠尼;亓迎川
3.推挽正激移相式双向DC-DC变换器研究 [J], 赵一佳; 王鹏飞; 赵一帆; 王素娟; 熊保良
4.一种新型的通用单/双正激型直流变换器电路仿真平均模型 [J], 潘尚智;钱照明;雷娜
5.开关型DC-DC控制芯片片上软启动电路设计 [J], 吕婧;吴晓波;赵梦恋
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一种新型交错并联双向DCDC变换器一、概述随着可再生能源和分布式能源系统的快速发展,电力电子技术在能源转换和管理中扮演着越来越重要的角色。
双向DCDC变换器作为一种关键的电力电子设备,能够实现不同电压等级直流电源之间的能量转换,广泛应用于电动汽车、微电网、储能系统等领域。
传统的双向DCDC变换器通常采用单向或双向拓扑结构,但在某些应用场景中,如需要高效率和宽输入输出电压范围的情况下,传统的拓扑结构可能无法满足要求。
研究新型高效、宽范围的双向DCDC变换器具有重要意义。
本文提出了一种新型交错并联双向DCDC变换器,该变换器结合了交错并联技术和双向DCDC变换器的优点,具有高效率、宽输入输出电压范围、低纹波和低电磁干扰等特点。
本文首先介绍了新型交错并联双向DCDC变换器的基本结构和工作原理,然后详细分析了其运行特性和性能优势,最后通过实验验证了其在实际应用中的可行性和有效性。
本文的研究成果为新型高效、宽范围的双向DCDC变换器的设计和应用提供了有益的参考和借鉴。
1. 简述DCDC变换器的重要性及其在各种电力系统中的应用。
DCDC变换器,作为一种关键的电力电子装置,在现代电力系统中发挥着不可或缺的作用。
其重要性体现在对电能的高效转换、优化利用以及系统的稳定运行等多个方面。
随着科技的快速发展和能源结构的不断优化,DCDC变换器在各种电力系统中的应用日益广泛,涵盖了从微型电子设备供电到大型电网能量管理的多个领域。
在微型电子设备供电方面,DCDC变换器能够将不稳定的直流电源或交流电源转换为稳定的直流电源,为各种电子设备提供稳定可靠的电力供应。
例如,在手机、笔记本电脑等便携式设备中,DCDC变换器负责将电池中的直流电转换为适合设备运行的稳定电压,确保设备的正常运行。
在大型电网能量管理方面,DCDC变换器则发挥着更加重要的作用。
随着可再生能源的快速发展,如风能、太阳能等分布式电源在电网中的占比逐渐增加,电网的稳定性面临着巨大的挑战。
应用同步整流技术实现双向DC/DC变换摘要:在Buck同步整流技术的基础上,充分利用其电路的特点,提出了双向直流变换器,并分析了其可行性。
针对双向恒压和双向恒流两种控制方式,分析了各自的开关管驱动脉冲要求,并给出了相应控制脉冲的实现方法。
通过实验加以验证。
关键词:双向;同步整流;恒压;恒流0 引言同步整流技术是近几年研究的热点,主要应用于低压大电流领域,其目的是为了解决续流管的导通损耗问题。
采用一般的二极管续流,其导通电阻较大,应用在大电流场合时,损耗很大。
用导通电阻非常小的MOS管代替二极管,可以解决损耗问题,但同时对驱动电路提出了更高的要求。
此外,对Buck电路应用同步整流技术,用MOS管代替二极管后,电路从拓扑上整合了Buck和Boost 两种变换器,为实现双向DC/DC变换提供了可能。
在需要单向升降压且能量可以双向流动的场合,很有应用价值,如应用于混合动力电动汽车时,辅以三相可控全桥电路,可以实现蓄电池的充放电。
l 工作原理1 1 电路拓扑双向同步整流电路拓扑如图1所示。
当电路工作于正向Buck时,Sw作为主开关管,当Sw导通时,Sw关断,电感L储能;当Sw关断时,SR导通续流,电感L释能给输出负载供电。
当电路工作于反向Boost升压电路时,SR作为主开关管,当SR导通时,Sw关断,电感L储能;当SR关断时,Sw导通续流,电感L释能给输出负载供电。
1.2 参数设计设置电感L是为了抑制电流脉动,因此其设计依据是电流纹波要求。
电容C 1主要是为了在Boost电路Sw关断时,维持输出电压恒定,而电容C2主要是为了抑制Buck输出电压脉动,其设计依据是电压纹波要求,因此两个电容的参数设计并不一致。
具体算式如下。
式中:Vg为Buck电路输入电压;Vo为Boost电路输入电压;D为Sw管的占空比:△Q为对应输出电压纹波的电荷增量;△Vo为Buck电路输出电压纹波要求;△Vg为Boost电路输出电压纹波要求;△lmin为Buck和Boost电路电流纹波要求的较小值;I为电感电流。
主题: 常见反激式、正激式、桥式、推挽式DC/DC电源变换器的拓扑类型常见DC/DC电源变换器的拓扑类型见表1~表3所列。
表中给出不同的电路结构,同时也给出相应的电压及电流波形(设相关的电感电流为连续工作方式)。
PWM表示脉宽调制波形,U1为直流输入电压,UDS为功率开关管S1(MOSFFT)的漏一源极电压。
ID1为S1的漏极电流。
IF1为D1的工作电流,U0为输出电压,IL为负载电流。
T为周期,t为UO呈高电平(或低电平)的时问及开关导通时间,D为占空比,有关系式:D=t/T。
C1、C2均为输入端滤波电容,CO为输出端滤波电容,L1、L2为电感。
1、常见单管DC/DC电源变换器
2、常见反激式或正激式DCDC电源变换器
3、常见桥式或推挽式DCDC电源变换器。
(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请号 201910208017.9(22)申请日 2019.03.19(71)申请人 哈尔滨工业大学地址 150001 黑龙江省哈尔滨市南岗区西大直街92号(72)发明人 管乐诗 王懿杰 李方 张相军 徐殿国 王卫 (74)专利代理机构 哈尔滨市松花江专利商标事务所 23109代理人 高倩(51)Int.Cl.H02M 3/158(2006.01)(54)发明名称基于交错并联Boost电路的AC/DC变换器(57)摘要基于交错并联Boost电路的AC/DC变换器,属于AC/DC变换技术领域,解决了现有基于临界导通模式Boost电路的AC/DC变换器的器件应力大的问题。
所述AC/DC变换器:整流单元将交流电源输出的交流电压信号转换为直流电压信号。
第一滤波单元对整流单元输出的直流电压信号进行滤波。
第一Boost电路与第二Boost电路构成共用电感的交错并联Boost电路,并交替工作于临界导通模式。
交错并联Boost电路的电压输入侧和电压输出侧分别与第一滤波单元的电压输出侧和第二滤波单元的电压输入侧级联。
负载与第二滤波单元并联。
两个Boost电路的输入电压均等于系统输入电压的一半。
权利要求书2页 说明书6页 附图5页CN 109921640 A 2019.06.21C N 109921640A权 利 要 求 书1/2页CN 109921640 A1.基于交错并联Boost电路的AC/DC变换器,其特征在于,所述AC/DC变换器包括整流单元、第一滤波单元、第一Boost电路、第二Boost电路和第二滤波单元;整流单元用于将交流电源输出的交流电压信号转换为直流电压信号;第一滤波单元用于对整流单元输出的直流电压信号进行滤波;第一Boost电路包括电容C1、二极管D1、开关管S1和电感L b,第二Boost电路包括电容C2、二极管D2、开关管S2和电感L b,开关管S1和开关管S2分别带有体二极管D s1和体二极管D s2,第一Boost电路与第二Boost电路共用电感L b;电容C1的第一端与二极管D1的阳极相连,二极管D1阴极与开关管S1的电流流入端相连,开关管S1的电流流出端同时与电感L b的第一端和开关管S2的电流流入端相连,电感L b的第二端同时与电容C1的第二端和电容C2的第一端相连,开关管S2的电流流出端与二极管D2的阳极相连,二极管D2的阴极与电容C2的第二端相连;电容C1与二极管D1的公共端和电容C2与二极管D2的公共端分别与第一滤波单元的两个输出端相连,二极管D1与开关管S1的公共端和二极管D2与开关管S2的公共端分别与第二滤波单元的两个输入端相连;负载与第二滤波单元并联;第一Boost电路与第二Boost电路构成交错并联Boost电路,并交替工作于临界导通模式。
专利名称:DC/DC变换器同步整流电路专利类型:发明专利
发明人:雷兴华
申请号:CN200310111824.8
申请日:20031020
公开号:CN1529403A
公开日:
20040915
专利内容由知识产权出版社提供
摘要:本发明公开了一种DC/DC变换器并联同步整流电路,包括延迟驱动电路、主电路、第一整流管SR1、第二整流管SR2,第二整流管SR2的驱动电路,电平比较及栅极电荷泄放电路,隔离驱动电路,第二栅极电荷泄放电路。
本发明解决了现有技术中低压大电流DC-DC变换器常用的同步整流驱动电路中存在的同步整流MOS晶体管没有及时关断或关断时间太长的问题,减小了主功率MOS晶体管的漏源极Vds电压应力脉宽,同时能够避免同步整流管反向导通又能够避免SR1、SR2同时导通。
结构简单、成本低、效率高。
申请人:艾默生网络能源有限公司
地址:518057 广东省深圳市南山区科技工业园区科发路一号
国籍:CN
代理机构:深圳市创友专利代理有限公司
代理人:王翀
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专利名称:一种DC-DC变换器拓扑专利类型:实用新型专利
发明人:唐锡刚,赵旭杰
申请号:CN201120003616.6
申请日:20110107
公开号:CN201918902U
公开日:
20110803
专利内容由知识产权出版社提供
摘要:一种DC-DC变换器拓扑,包括DC-DC变换器电路,第一谐振电容两端并联有第一二极管,第二谐振电容两端并联有第二二极管。
第一二极管和第二二极管采用快恢复二极管或肖特基二极管。
本实用新型一种DC-DC变换器拓扑,当输出电流增大,谐振电容上的谐振电压峰-峰值达到输入电压,谐振电容上的并联二极管即导通,从而限制了谐振电压峰-峰值的增加,也即限制了输出电流。
可以允许输出电压低于电路固有等比例输出电压。
调节其谐振频率,即可满足稳压输出。
申请人:宜昌市车的技术有限公司
地址:443000 湖北省宜昌市东山开发区珠海路19号
国籍:CN
代理机构:宜昌市三峡专利事务所
代理人:成钢
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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。