倍流同步整流在DC/DC變換器中工作原理分析

圖3 工作波形圖

模式1[t0－t1] 在t=t0時(shí)刻，開關(guān)管S1導(dǎo)通，變壓器原邊兩端的電壓為正，且有Vp=Vin/2；而開關(guān)管S2一直都處于關(guān)斷狀態(tài)，由于S1的導(dǎo)通，S2的漏源極電壓（Vds2）被鉗位到輸入電壓，即Vds2=Vin。變壓器副邊電壓Vsec為高電平，同步開關(guān)管SR1的門極也是高電平，SR1導(dǎo)通。此時(shí)，負(fù)載的電流等于兩個(gè)輸出電感電流之和，且全部流經(jīng)SR1。在這個(gè)模式下，濾波電感Lo1上的電流是增大的，而電感Lo2上的電流是減小的，它們的電流紋波有相互抵消的作用，所以，負(fù)載電流Io的紋波是很小的。

模式2[t1－t2] 在t=t1時(shí)刻，S1關(guān)斷。由于變壓器漏感Lk的存在，電流要繼續(xù)維持原來(lái)的方向，所以，如圖3(b)中所示，此時(shí)在變壓器原邊存在兩個(gè)回路，一個(gè)是由C1，Coss1，Lk構(gòu)成，對(duì)S1的輸出結(jié)電容Coss1充電；另一個(gè)是由C2，Coss2，Lk構(gòu)成，對(duì)S2的輸出結(jié)電容Coss2進(jìn)行放電。最后S1及S2的漏源極電壓都被鉗位在輸入電壓的一半，即Vds2=Vds2=Vin/2。同時(shí)，變壓器原邊的電壓此時(shí)為零，副邊也是零，此時(shí)，SR1及SR2都處于導(dǎo)通狀態(tài)，分別對(duì)兩個(gè)輸出電感上的電流進(jìn)行續(xù)流。且兩個(gè)電感上的電流都是減小的，所以，最后得到的輸出負(fù)載電流（ILo1＋I(xiàn)Lo2）是減小的。

模式3[t2－t3] 在t=t2時(shí)刻，S2導(dǎo)通。S1處于關(guān)斷狀態(tài)，其兩端電壓也被鉗位到輸入電壓，即Vds1=Vin。由圖2(c)中可以看出，變壓器原邊的電壓為負(fù)，且等于輸入電壓的一半，即Vp=－Vin/2。相對(duì)應(yīng)的同步管SR2導(dǎo)通，所有的負(fù)載電流都會(huì)流經(jīng)SR2。且輸出電感電流ILo2是增大的，ILo1是減小的。但最終得到的負(fù)載紋波電流是增大的。

模式4[t3－t4] 在t=t3時(shí)刻，S2關(guān)斷。在這個(gè)工作模式下，原邊的工作原理同圖2(b)正好相反。這時(shí)，S1及S2都處于關(guān)斷狀態(tài)。存儲(chǔ)在變壓器原邊漏感中的能量對(duì)S1及S2輸出結(jié)電容進(jìn)行充放電。其中對(duì)Coss1是放電，而對(duì)Coss2進(jìn)行充電。變壓器原副邊的電壓都為零，副邊的兩個(gè)同步整流管都被觸發(fā)導(dǎo)通。兩個(gè)輸出電感上的電流都在不斷地減小，所以，總的負(fù)載電流是減小的。

在模式4[t3－t4]后，接著就進(jìn)入下一個(gè)周期。

3 實(shí)驗(yàn)及結(jié)果

在前面分析的拓?fù)浠A(chǔ)上，完成了一個(gè)輸入為DC 36V，輸出為1V/25A的DC/DC變換器。這個(gè)電路中所用到的參數(shù)見表1所列，其中所有的參數(shù)和圖1的主電路中所標(biāo)注的是相對(duì)應(yīng)的。

表1 實(shí)驗(yàn)參數(shù)

圖4所示的是原邊兩個(gè)主管和副邊同步管的門極驅(qū)動(dòng)波形。通道R2表示S1的驅(qū)動(dòng)波形；通道R1表示S2的驅(qū)動(dòng)波形；通道1是同步管SR2的驅(qū)動(dòng)波形；通道2是同步管SR1的驅(qū)動(dòng)波形。由表1可以看到，變壓器漏感Lk=600nH。所以，在電流較小的時(shí)候，存儲(chǔ)在漏感中的能量不是很大，因而開關(guān)管在關(guān)斷后的漏感和開關(guān)管輸出結(jié)電容間的振蕩不是很大，圖5所示的是在負(fù)載電流Io=5A時(shí)的S2漏源極vds2的波形。

圖4 門極驅(qū)動(dòng)波形