低壓大電流DC/DC變換器拓?fù)浞治?/h1>
構(gòu)是應(yīng)用于推挽、全橋或半橋等雙端變壓隔離器的Buck 型變換器。由于其輸出濾波電感的電壓頻率是功率開關(guān)管的兩倍，所以在同樣條件下中心抽頭式所需要的濾波電感值明顯小于正激式的。 倍流整流結(jié)構(gòu)不是源于Buck 變換器，但也起降壓作用。其基本工作原理如圖3 所示：當(dāng)變壓器的次級(jí)電壓Vsec為正時(shí)，VD1 關(guān)斷，電感L1 的電流IL1增大并流經(jīng)負(fù)載，VD2 和變壓器次級(jí)形成回路，同時(shí)電感L2 的電流IL1減小，它流經(jīng)負(fù)載和VD2 形成回路；當(dāng)變壓器次級(jí)電壓Vsec為負(fù)時(shí)，其過程也類似；而當(dāng)變壓器的次級(jí)電壓為零時(shí)，則電感L1 和L2的電流分別流經(jīng)VD1 和VD2 形成回路，即VD1 和VD2 同時(shí)導(dǎo)通。因此，雖然其濾波電感頻率與其功率主開關(guān)的相同，但是由于兩個(gè)濾波電感的紋波電流互相抵消了一部分（ i11 + i12） ,其輸出濾波電容的紋波電流減小了，因此在倍流型結(jié)構(gòu)中所需要的濾波電容比正激式的小得多。
由圖1b 可以看出，在每個(gè)開關(guān)周期內(nèi)正激式結(jié)構(gòu)的整流管的總導(dǎo)通損耗相當(dāng)于輸出濾波電感電流一個(gè)周期內(nèi)流過一個(gè)整流管的損耗；在中心抽頭或者倍流型結(jié)構(gòu)中，由于雙端變換器的變壓器次級(jí)電壓在功率開關(guān)管的死區(qū)內(nèi)為零，所以其兩個(gè)整流管在死區(qū)時(shí)間內(nèi)同時(shí)導(dǎo)通，兩個(gè)整流管中流過的電流均為零，如圖2b 和圖3b 所示，因此，在功率開關(guān)管的關(guān)斷時(shí)間內(nèi)，整流管的總損耗就大大減少了。
由圖2a 和圖3a 的對比可知，中心抽頭型和倍流型從元件個(gè)數(shù)和結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性都是差不多的，但在大電流的情況下，倍流型次級(jí)結(jié)構(gòu)的性能更好。
可從以下幾點(diǎn)來說明： ①倍流型結(jié)構(gòu)的電感電流和變壓器次級(jí)的電流只是中心抽頭型結(jié)構(gòu)電流的一半，因而其導(dǎo)通損耗比中心抽頭的要?。?②倍流結(jié)構(gòu)使大電流的電路相互連接數(shù)目最少，這就簡化了次級(jí)的布線，并因此減少了與布線有關(guān)的損耗； ③倍流結(jié)構(gòu)中的變壓器和濾波電感可以公用一個(gè)磁芯，簡化了元件的包裝和減小了體積。
2. 2. 3 變壓器次級(jí)3 種結(jié)構(gòu)的優(yōu)選。
從以上分析可知，反激式的初級(jí)拓?fù)浜椭行某轭^型的次級(jí)結(jié)構(gòu)相對來說有很多不足。經(jīng)過優(yōu)選，適用于低壓大電流的降壓型初級(jí)拓?fù)溆姓な?、推挽式和橋式，而在次?jí)整流拓?fù)渲校な胶捅读魇絻煞N更為適用于低壓大電流。但是，推挽式和橋式等雙端結(jié)構(gòu)的初級(jí)拓?fù)滹@然不能和正激式的次級(jí)拓?fù)浣M合；而且，非對稱的正激式初級(jí)結(jié)構(gòu)雖然可以和倍流整流式的次級(jí)結(jié)構(gòu)組合，但效果并不理想。
所以，可得出的優(yōu)選拓?fù)浣M合是： ①初級(jí)正激式與次級(jí)正激式的組合； ②橋式與倍流式的組合； ③推挽式與倍流整流式的組合。即正激式變換器和帶中心抽頭的橋式變換器以及推挽正激式變換器。
3 正激式變換器
如圖4 所示，正激式變換器的優(yōu)點(diǎn)主要在于結(jié)構(gòu)簡單、次級(jí)紋波電流明顯衰減，紋波電壓低、功率開關(guān)管峰值電流較低、并聯(lián)工作容易、可以自動(dòng)平衡、屬降壓型變換器。因此，它是最早應(yīng)用于低壓大電流的變換器。但其缺點(diǎn)也很明顯： ①需要一個(gè)額外的磁復(fù)位電路來避免變壓器的磁飽和； ②對變壓器的設(shè)計(jì)要求比較高，要求其漏感小，以減小續(xù)流管在關(guān)斷過程中的損耗； ③同步整流中的死區(qū)過大使得其效率減??； ④整流管的體二極管不僅在導(dǎo)通的過程中增加了電路的損耗，而且在關(guān)斷過程中，由于其反向恢復(fù)特征，也會(huì)引起能量損耗，這個(gè)損耗與反向恢復(fù)電荷、頻率、次級(jí)電壓成正比關(guān)系。
圖4 正激式變換器結(jié)構(gòu)圖
以上問題有的已經(jīng)得到很好的解決。正激式變換器在其同步整流的驅(qū)動(dòng)中多采用自驅(qū)動(dòng)方式。比較典型的自驅(qū)動(dòng)方式有3 種電路，如圖5 所示。
圖5 正激式變換器中同步整流管的3 種自驅(qū)動(dòng)方式
（諧振復(fù)位、有源鉗位、零電壓多諧振變換器）。
另外，為了改善整流管的死區(qū)問題，混合驅(qū)動(dòng)方式采用了的電荷保持技術(shù)，此驅(qū)動(dòng)方式也不失為一種好的驅(qū)動(dòng)方式。
在文獻(xiàn)[ 4 ]的實(shí)驗(yàn)中，采用LCD 復(fù)位和電荷保持混合驅(qū)動(dòng)方式的正激式變換器在48V 輸入，5V/10A 輸出時(shí)，最高效率可達(dá)92. 3 %.
4 帶倍流整流的橋式變換器
英飛凌汽車電子生態(tài)圈
倍流整流結(jié)構(gòu)不是源于Buck 變換器，但也起降壓作用。其基本工作原理如圖3 所示：當(dāng)變壓器的次級(jí)電壓Vsec為正時(shí)，VD1 關(guān)斷，電感L1 的電流IL1增大并流經(jīng)負(fù)載，VD2 和變壓器次級(jí)形成回路，同時(shí)電感L2 的電流IL1減小，它流經(jīng)負(fù)載和VD2 形成回路；當(dāng)變壓器次級(jí)電壓Vsec為負(fù)時(shí)，其過程也類似；而當(dāng)變壓器的次級(jí)電壓為零時(shí)，則電感L1 和L2的電流分別流經(jīng)VD1 和VD2 形成回路，即VD1 和VD2 同時(shí)導(dǎo)通。因此，雖然其濾波電感頻率與其功率主開關(guān)的相同，但是由于兩個(gè)濾波電感的紋波電流互相抵消了一部分（ i11 + i12） ,其輸出濾波電容的紋波電流減小了，因此在倍流型結(jié)構(gòu)中所需要的濾波電容比正激式的小得多。
由圖1b 可以看出，在每個(gè)開關(guān)周期內(nèi)正激式結(jié)構(gòu)的整流管的總導(dǎo)通損耗相當(dāng)于輸出濾波電感電流一個(gè)周期內(nèi)流過一個(gè)整流管的損耗；在中心抽頭或者倍流型結(jié)構(gòu)中，由于雙端變換器的變壓器次級(jí)電壓在功率開關(guān)管的死區(qū)內(nèi)為零，所以其兩個(gè)整流管在死區(qū)時(shí)間內(nèi)同時(shí)導(dǎo)通，兩個(gè)整流管中流過的電流均為零，如圖2b 和圖3b 所示，因此，在功率開關(guān)管的關(guān)斷時(shí)間內(nèi)，整流管的總損耗就大大減少了。
由圖2a 和圖3a 的對比可知，中心抽頭型和倍流型從元件個(gè)數(shù)和結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性都是差不多的，但在大電流的情況下，倍流型次級(jí)結(jié)構(gòu)的性能更好。
可從以下幾點(diǎn)來說明： ①倍流型結(jié)構(gòu)的電感電流和變壓器次級(jí)的電流只是中心抽頭型結(jié)構(gòu)電流的一半，因而其導(dǎo)通損耗比中心抽頭的要?。?②倍流結(jié)構(gòu)使大電流的電路相互連接數(shù)目最少，這就簡化了次級(jí)的布線，并因此減少了與布線有關(guān)的損耗； ③倍流結(jié)構(gòu)中的變壓器和濾波電感可以公用一個(gè)磁芯，簡化了元件的包裝和減小了體積。
2. 2. 3 變壓器次級(jí)3 種結(jié)構(gòu)的優(yōu)選。
從以上分析可知，反激式的初級(jí)拓?fù)浜椭行某轭^型的次級(jí)結(jié)構(gòu)相對來說有很多不足。經(jīng)過優(yōu)選，適用于低壓大電流的降壓型初級(jí)拓?fù)溆姓な?、推挽式和橋式，而在次?jí)整流拓?fù)渲校な胶捅读魇絻煞N更為適用于低壓大電流。但是，推挽式和橋式等雙端結(jié)構(gòu)的初級(jí)拓?fù)滹@然不能和正激式的次級(jí)拓?fù)浣M合；而且，非對稱的正激式初級(jí)結(jié)構(gòu)雖然可以和倍流整流式的次級(jí)結(jié)構(gòu)組合，但效果并不理想。
所以，可得出的優(yōu)選拓?fù)浣M合是： ①初級(jí)正激式與次級(jí)正激式的組合； ②橋式與倍流式的組合； ③推挽式與倍流整流式的組合。即正激式變換器和帶中心抽頭的橋式變換器以及推挽正激式變換器。
3 正激式變換器
如圖4 所示，正激式變換器的優(yōu)點(diǎn)主要在于結(jié)構(gòu)簡單、次級(jí)紋波電流明顯衰減，紋波電壓低、功率開關(guān)管峰值電流較低、并聯(lián)工作容易、可以自動(dòng)平衡、屬降壓型變換器。因此，它是最早應(yīng)用于低壓大電流的變換器。但其缺點(diǎn)也很明顯： ①需要一個(gè)額外的磁復(fù)位電路來避免變壓器的磁飽和； ②對變壓器的設(shè)計(jì)要求比較高，要求其漏感小，以減小續(xù)流管在關(guān)斷過程中的損耗； ③同步整流中的死區(qū)過大使得其效率減??； ④整流管的體二極管不僅在導(dǎo)通的過程中增加了電路的損耗，而且在關(guān)斷過程中，由于其反向恢復(fù)特征，也會(huì)引起能量損耗，這個(gè)損耗與反向恢復(fù)電荷、頻率、次級(jí)電壓成正比關(guān)系。
圖4 正激式變換器結(jié)構(gòu)圖
以上問題有的已經(jīng)得到很好的解決。正激式變換器在其同步整流的驅(qū)動(dòng)中多采用自驅(qū)動(dòng)方式。比較典型的自驅(qū)動(dòng)方式有3 種電路，如圖5 所示。
圖5 正激式變換器中同步整流管的3 種自驅(qū)動(dòng)方式
（諧振復(fù)位、有源鉗位、零電壓多諧振變換器）。
另外，為了改善整流管的死區(qū)問題，混合驅(qū)動(dòng)方式采用了的電荷保持技術(shù)，此驅(qū)動(dòng)方式也不失為一種好的驅(qū)動(dòng)方式。
在文獻(xiàn)[ 4 ]的實(shí)驗(yàn)中，采用LCD 復(fù)位和電荷保持混合驅(qū)動(dòng)方式的正激式變換器在48V 輸入，5V/10A 輸出時(shí)，最高效率可達(dá)92. 3 %.
4 帶倍流整流的橋式變換器
評(píng)論