倍流同步整流在DC/DC變換器中工作原理分析

在低壓大電流變換器中倍流同步整流拓撲結(jié)構(gòu)已經(jīng)被廣泛采用。就其工作原理進行了詳細的分析說明，并給出了相應的實驗和實驗結(jié)果。

關鍵詞：倍流整流；同步整流；直流/直流變換器；拓撲

0 引言

隨著微處理器和數(shù)字信號處理器的不斷發(fā)展，對芯片的供電電源的要求越來越高了。不論是功率密度、效率和動態(tài)響應等方面都有了新要求，特別是要求輸出電壓越來越低，電流卻越來越大。輸出電壓會從過去的3.3V降低到1.1～1.8V之間，甚至更低[1]。從電源的角度來看，微處理器和數(shù)字信號處理器等都是電源的負載，而且它們都是動態(tài)的負載，這就意味著負載電流會在瞬間變化很大，從過去的13A/μs到將來的30A/μs～50A/μs[2]。這就要求有能夠輸出電壓低、電流大、動態(tài)響應好的變換器拓撲。而對稱半橋加倍流同步整流結(jié)構(gòu)的DC/DC變換器是最能夠滿足上面的要求的[3]。

本文對這種拓撲結(jié)構(gòu)的變換器的工作原理作出了詳細的分析說明，實驗結(jié)果證明了它的合理性。

1 主電路拓撲結(jié)構(gòu)

主電路拓撲如圖1中所示。由圖1可以看出，輸入級的拓撲為半橋電路，而輸出級是倍流整流加同步整流結(jié)構(gòu)。由于要求電路輸出低壓大電流，則倍流同步整流結(jié)構(gòu)是最合適的，這是因為：

圖1 主電路拓撲

1）變壓器副邊只需一個繞組，與中間抽頭結(jié)構(gòu)相比較，它的副邊繞組數(shù)只有中間抽頭結(jié)構(gòu)的一半，所以損耗在副邊的功率相對較??；

2）輸出有兩個濾波電感，兩個濾波電感上的電流相加后得到輸出負載電流，而這兩個電感上的電流紋波有相互抵消的作用，所以，最終得到了很小的輸出電流紋波；

3）流過每個濾波電感的平均電流只有輸出電流的一半，與中間抽頭結(jié)構(gòu)相比較，在輸出濾波電感上的損耗明顯減小了；

4）較少的大電流連接線（high current inter-connection），在倍流整流拓撲中，它的副邊大電流連接線只有2路，而在中間抽頭的拓撲中有3路；

5）動態(tài)響應很好。

它唯一的缺點就是需要兩個輸出濾波電感，在體積上相對要大些。但是，有一種叫集成磁（integrated magnetic）的方法，可以將它的兩個輸出濾波電感和變壓器都集成到同一個磁芯內(nèi)，這樣可以大大地減小變換器的體積。

2 電路基本工作原理

電路在一個周期內(nèi)可分為4個不同的工作模式，如圖2所示，理想的波形圖如圖3所示。

(a) 模式1[t0－t1]

(b) 模式2[t1－t2]

(c) 模式3[t2－t3]

(d) 模式4[t3－t4]

圖2 工作模式圖