交错并联的低压大电流DC-DC变换器设计 1

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交错并联的低压大电流DC-DC变换器设计 1

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1 引言 近年来，随着计算机微处理器的输入电压要求越来越低，低压大电流DC-DC变换器的研究得到了许多研究者的重视，各种拓扑结构层出不穷，同步整流技术、多重多相技术、磁集成技术等也都应用于这个领域。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。 ( r+ q2 x% S! ^3 L0 _4 j& `1 b2 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。 图1 倍流整流的低压大电流DC-DC变换器的电路原理图 8 R# w/ R. p' D8 @3 N! @4 v+ c , z% M. U( P/ ?: h2 F图2 开关的控制策略 ' x" @% |6 r. R- T. N 通过以上分析可以看出，倍流整流结构的二次侧2个滤波电感电流在滤波电容上相互叠加，从而使得输出电流纹波变得相当小。 结构中的同步整流器均按外加信号驱动处理，使控制变得很复杂，但在这种半桥-倍流拓扑结构中使用简单的自驱动方式很困难，因为，在这种结构中，如果直接从电路中取合适的点作为同步整流器的驱动信号，在死区时间内当这个驱动信号为零时，同步整流器就会截止。为了在半桥-倍流拓扑结构中使用自驱动方式，就必须使用到辅助绕组。 以单个半桥-倍流拓扑结构为例，见图3,VSEC为变压器的二次侧电压，Vgs为由辅助绕组获得的同步整流器的驱动电压，可以看出即使在死区的时间内，同步整流器的驱动电压也不可能为零，保证了自驱动方式在这种拓扑结构中的应用。 ( R: J1 j; I# Y- }+ \图3 自驱动同步整流器电路及波形图 + d4 f$ j( n- I : L0 R$ b' h8 g! a' r$ ^4 B另外，由于在大电流的情况下MOSFET导通压降将增大，从而产生较大的导通损耗，为此应采用多个MOSFET并联方法来减小损耗。 3 交错并联低压大电流DC-DC变换器 3.1 电路原理图 综上所述，倍流整流低压大电流DC-DC变换器具有很好的性能，在此基础上引入交错并联技术，构成一种新的结构，称为并联低压大电流DC-DC变换器，可以进一步减小输出电流纹波。 图4为交错并联低压大电流DC-DC变换器的电路原理图（以最简单的2个倍流整流交错并联为例）。 图4 交错并联低压大电流DC-DC变换器的电路原理图 7 o& I7 q( ]% r3 i3.2 变换器的开关控制策略 交错并联低压大电流DC-DC变换器的开关控制策略见图5。 , r" s1 q3 E2 r& u# r6 h图5 交错并联低压大电流DC-DC变换器的开关控制策略 4 E- I/ D2 ]- \3 @2 o+ ~# `3.3 交错并联低压大电流DC-DC变换器性能 首先这种拓扑结构最大的优点是变压器原边的结构简化，控制变得很简单。其次，这种方法的实现必须采用同步整流电路，因为交错并联电路的实现要求变压器副边上下电位轮流为正，在一个时间段内有且只有一个为正电位，其余都为零电位。但在这种拓扑结构中，由于2个变压器的原边串联在一起，而副边是并联的，这样如果用肖特基二极管作整流器，那么输入电压将在2个变压器原边上分压，而肖特基二极管又没有选通的功能，这样变压器二次侧的波形将是完全对称的，上下2个整流电路的电流完全重合，达不到电流交错并联的目的。 这样，应用同步整流器来完成这个功能，同时利用MOSFET的双向导电特性，因为同步整流管的漏源电流是分布在坐标横轴两侧的。这种结构的过程详细分析如下：

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Demyar

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