改進(jìn)交錯式DC/DC轉(zhuǎn)換器

作者：時間：2011-07-05 來源：網(wǎng)絡(luò)

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  技術(shù)方案與實(shí)用技巧

電流不平衡會造成熱應(yīng)力和器件應(yīng)力。針對可能發(fā)生的過應(yīng)力狀況，晶體管和磁性器件必須采取保險設(shè)計。此外，效率也會受影響。例如，如果交錯式正向轉(zhuǎn)換器的總電流為30A，兩相分別提供10A和20A的電流，那么該因素所致的效率下降幅度接近1%。
有兩種控制方案可用來實(shí)現(xiàn)各相均流：內(nèi)環(huán)路均流和雙環(huán)路均流。內(nèi)環(huán)路均流本質(zhì)上是電流模式控制。電壓補(bǔ)償器的輸出用作均流總線，為所有相位提供輸出電流參考。在電壓環(huán)路內(nèi)，均流環(huán)路設(shè)計不受電壓帶寬的限制，均流響應(yīng)甚至可以比電壓環(huán)路更快。然而，當(dāng)設(shè)計外電壓環(huán)路時，必須考慮內(nèi)環(huán)路的影響。如果內(nèi)環(huán)路更快，外環(huán)路的電壓調(diào)節(jié)功能可能會被削弱。
在雙環(huán)路操作中，電壓調(diào)節(jié)環(huán)路和均流環(huán)路并聯(lián)。各相有一個專用均流補(bǔ)償器來確保其電流跟隨均流總線，它可以是并聯(lián)各相的平均電流或最高相位電流。各相的均流環(huán)路輸出與公共電壓補(bǔ)償器輸出相加，產(chǎn)生該相的占空比信號。這樣，均流控制器和電壓調(diào)節(jié)控制器均會影響占空比信號的產(chǎn)生。采用這種控制結(jié)構(gòu)時，各環(huán)路可以靈活設(shè)計，設(shè)計師不必過份擔(dān)心均流環(huán)路與電壓調(diào)節(jié)環(huán)路的相互影響。
無論采用何種均流方案，為了進(jìn)行有源控制，必須檢測各相的電流。傳統(tǒng)方法是各相均使用電流檢測方案。電流檢測一般用于保護(hù)目的，這種技術(shù)會增加交錯式轉(zhuǎn)換器的成本。
為了利用一路輸入檢測兩相的電流，控制器必須分離各相的電流。在交錯式正向操作中，主開關(guān)的占空比始終低于50%，以免變壓器飽和。在180度相移下，主開關(guān)電流檢測不會發(fā)生信號重疊。因此，通過數(shù)字控制可以對檢測信號進(jìn)行分配，使之與各相的占空比信號對齊。這樣，只使用一個電流檢測電路就能清楚地辨別各相的電流。控制器監(jiān)控各相中流動的電流，存儲此信息，并且補(bǔ)償驅(qū)動信號以確保均流。
圖4所示為一個利用ADP1043控制器實(shí)施以上方案的交錯式正向轉(zhuǎn)換器示例。顯而易見，因?yàn)檎伎毡鹊陀?0%，所以利用一個公共電流檢測點(diǎn)，控制器就能確定各相的電流。如果不實(shí)施均流控制，第二相位的電流幾乎是第一相位的兩倍。啟用均流控制后，兩相之間的電流差大幅降低到5%。

本文引用地址：http://butianyuan.cn/article/178917.htm

圖4. 兩相均流控制的效果：（上圖）啟用均流控制；（下圖）禁用均流控制。
總而言之，交錯式操作能夠提供單相設(shè)計所不具備的優(yōu)點(diǎn)。使用數(shù)字電源管理可以進(jìn)一步擴(kuò)大交錯式操作的好處。數(shù)字控制還能實(shí)現(xiàn)簡單的均流方案。
作者簡介
Yang Qiu (yang.qiu@analog.com)是位于美國加利福尼亞州圣何塞的ADI公司高級應(yīng)用工程師。他擁有中國北京清華大學(xué)電氣工程學(xué)士學(xué)位和碩士學(xué)位，以及美國弗吉尼亞州布萊克斯堡弗吉尼亞理工學(xué)院電源電子系統(tǒng)中心(CPES)授予的博士學(xué)位。