低壓大電流DC/DC變換器拓撲分析

　　帶倍流整流的橋式變換器是近期提出的一種適用于低壓大電流的拓撲。它雖然不需要額外的磁復位電路，但它在結構上較為復雜。比較圖4 與圖6 可看出，在變壓器初級，它比正激式變換器多了一個開關管和兩個電容；在次級則多了一個電感。相對正激式而言，其主要問題在于： ①必須采取合適的方法來防止磁芯的飽和； ②對于倍流整流電路，其最大的問題在于共態(tài)導通而導致的短路問題，其后果極其嚴重； ③半橋式變換器的兩個MOSFET 也容易出現(xiàn)連通現(xiàn)象而引起短路； ④在開關轉換過程中，高電壓大電流的重疊現(xiàn)象會使電路的效率降低。

圖6 帶倍流整流的半橋式變換器結構圖

　　對于第4 個問題，因為采用開關速度較快的晶體管并不能完全解決問題，必須采用加速關斷技術，并且在開通和關斷時間的配合上進行優(yōu)化，才能使效率進一步提高。前3 個問題是可以得到解決的，例如在變壓器初級串聯(lián)一個適當?shù)碾娙菥涂梢越鉀Q第一個問題；設定一定的死區(qū)，在變壓器次級電壓不為零的時間內保證了兩個整流管不同時導通就可以解決第二個問題；設定兩個功率管的死區(qū)，保證其在任意的時間內不同時導通就可以解決第3 個問題。

　　這種變換器雖有不足，但其優(yōu)點是明顯的： ①半橋式變換器的變壓器工作于一、三象限，其效率比正激式的高出一半以上； ②它能承受更高的功率，在200~500W 之間； ③它不需要額外的磁復位電路；④次級倍流整流電路相對正激式電路來說，在相同紋波條件下，所需要的濾波電感之和更小，同時其動態(tài)響應速度得到提高； ⑤在同樣的輸出電流下，在初級功率管都關斷的死區(qū)時間內，整流管的損耗比正激式的大大減小了。

　　如前所述，當前的研究主要是解決整流管在開關轉換過程中出現(xiàn)的高電壓大電流的重疊現(xiàn)象，對此，驅動方式是至關重要的。圖7 列舉了3 種可行的驅動方式[5 ] .但是，這3 種方式并沒有使開關時間最優(yōu)化。理想的方法是從效率角度考慮，分析電路效率與整流管關斷及功率管開通的時間配合關系曲線，然后再選擇適合的驅動方式。

　　在實驗中[5 ]采用附加繞組驅動方法后，帶倍流整流半橋的變換器在輸入為4 8V ,輸出為1 . 2~1. 65V/ 60~70A 情況下，最大效率超過84. 5 %.

圖7 帶倍流整流的橋式變換器中同步整流管的3 種驅動方式

　　5 推挽-正激式變換器

　　就常規(guī)推挽式結構來說，因功率開關管集電極應力兩倍于輸入電壓，而且其主變壓器的初級利用率亦不如半橋和全橋，其輸出電壓隨輸入電壓和負載變化而變化，故它適合在更低的輸入電壓下工作。在輸入為48V 條件下，其性能不如橋式結構。

　　文獻[ 6 ]提出了新型的推挽正激式的結構，如圖8 所示。這個變換器工作在一、三兩個象限，所以其控制相對簡單并且瞬態(tài)響應速度快。這個變換器也適用于低壓大電流輸出的情況。其整流管的驅動方式與帶倍流整流的橋式結構是相似的。這種變換器在輸入為48V、輸出為1. 2V/ 60A 情況下，最大效率可達83. 6 %以上。

圖8 新型推挽2正激式變換器結構圖

　　6 結束語

　　在各種基本電路拓撲的組合中，適合于低壓大電流輸出的優(yōu)化結構是以上3 種典型變換器拓撲正激式結構、帶倍流整流的橋式結構和推挽2正--激式結構。在所有采用了同步整流技術的低壓大電流變換器中，存在的一個共同問題就是整流管的反向恢復問題。必須結合拓撲、整流管特性和驅動方式等方面對整流管的開關時間進行優(yōu)化，才能使上述問題得到合理解決。