低壓大電流DC/DC變換器拓?fù)浞治?/h1>
G-TOP: 0px; BORDER-RIGHT-WIDTH: 0px"> 對(duì)于橋式變換器，以半橋式為例分析其特點(diǎn)。 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?fù)洹Ｋm然不需要額外的磁復(fù)位電路，但它在結(jié)構(gòu)上較為復(fù)雜。比較圖4 與圖6 可看出，在變壓器初級(jí)，它比正激式變換器多了一個(gè)開關(guān)管和兩個(gè)電容；在次級(jí)則多了一個(gè)電感。相對(duì)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(duì)于倍流整流電路，其最大的問題在于共態(tài)導(dǎo)通而導(dǎo)致的短路問題，其后果極其嚴(yán)重； ③半橋式變換器的兩個(gè)MOSFET 也容易出現(xiàn)連通現(xiàn)象而引起短路； ④在開關(guān)轉(zhuǎn)換過程中，高電壓大電流的重疊現(xiàn)象會(huì)使電路的效率降低。
圖6 帶倍流整流的半橋式變換器結(jié)構(gòu)圖
對(duì)于第4 個(gè)問題，因?yàn)椴捎瞄_關(guān)速度較快的晶體管并不能完全解決問題，必須采用加速關(guān)斷技術(shù)，并且在開通和關(guān)斷時(shí)間的配合上進(jìn)行優(yōu)化，才能使效率進(jìn)一步提高。前3 個(gè)問題是可以得到解決的，例如在變壓器初級(jí)串聯(lián)一個(gè)適當(dāng)?shù)碾娙菥涂梢越鉀Q第一個(gè)問題；設(shè)定一定的死區(qū)，在變壓器次級(jí)電壓不為零的時(shí)間內(nèi)保證了兩個(gè)整流管不同時(shí)導(dǎo)通就可以解決第二個(gè)問題；設(shè)定兩個(gè)功率管的死區(qū)，保證其在任意的時(shí)間內(nèi)不同時(shí)導(dǎo)通就可以解決第3 個(gè)問題。
這種變換器雖有不足，但其優(yōu)點(diǎn)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(fù)位電路；④次級(jí)倍流整流電路相對(duì)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(shí)其動(dòng)態(tài)響應(yīng)速度得到提高； ⑤在同樣的輸出電流下，在初級(jí)功率管都關(guān)斷的死區(qū)時(shí)間內(nèi)，整流管的損耗比正激式的大大減小了。
如前所述，當(dāng)前的研究主要是解決整流管在開關(guān)轉(zhuǎn)換過程中出現(xiàn)的高電壓大電流的重疊現(xiàn)象，對(duì)此，驅(qū)動(dòng)方式是至關(guān)重要的。圖7 列舉了3 種可行的驅(qū)動(dòng)方式[5 ] .但是，這3 種方式并沒有使開關(guān)時(shí)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(guān)斷及功率管開通的時(shí)間配合關(guān)系曲線，然后再選擇適合的驅(qū)動(dòng)方式。
在實(shí)驗(yàn)中[5 ]采用附加繞組驅(qū)動(dòng)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(qū)動(dòng)方式
5 推挽-正激式變換器
就常規(guī)推挽式結(jié)構(gòu)來說，因功率開關(guān)管集電極應(yīng)力兩倍于輸入電壓，而且其主變壓器的初級(jí)利用率亦不如半橋和全橋，其輸出電壓隨輸入電壓和負(fù)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(jié)構(gòu)。
文獻(xiàn)[ 6 ]提出了新型的推挽正激式的結(jié)構(gòu)，如圖8 所示。這個(gè)變換器工作在一、三兩個(gè)象限，所以其控制相對(duì)簡單并且瞬態(tài)響應(yīng)速度快。這個(gè)變換器也適用于低壓大電流輸出的情況。其整流管的驅(qū)動(dòng)方式與帶倍流整流的橋式結(jié)構(gòu)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(dá)83. 6 %以上。
圖8 新型推挽2正激式變換器結(jié)構(gòu)圖
6 結(jié)束語
在各種基本電路拓?fù)涞慕M合中，適合于低壓大電流輸出的優(yōu)化結(jié)構(gòu)是以上3 種典型
英飛凌汽車電子生態(tài)圈
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?fù)洹Ｋm然不需要額外的磁復(fù)位電路，但它在結(jié)構(gòu)上較為復(fù)雜。比較圖4 與圖6 可看出，在變壓器初級(jí)，它比正激式變換器多了一個(gè)開關(guān)管和兩個(gè)電容；在次級(jí)則多了一個(gè)電感。相對(duì)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(duì)于倍流整流電路，其最大的問題在于共態(tài)導(dǎo)通而導(dǎo)致的短路問題，其后果極其嚴(yán)重； ③半橋式變換器的兩個(gè)MOSFET 也容易出現(xiàn)連通現(xiàn)象而引起短路； ④在開關(guān)轉(zhuǎn)換過程中，高電壓大電流的重疊現(xiàn)象會(huì)使電路的效率降低。
圖6 帶倍流整流的半橋式變換器結(jié)構(gòu)圖
對(duì)于第4 個(gè)問題，因?yàn)椴捎瞄_關(guān)速度較快的晶體管并不能完全解決問題，必須采用加速關(guān)斷技術(shù)，并且在開通和關(guān)斷時(shí)間的配合上進(jìn)行優(yōu)化，才能使效率進(jìn)一步提高。前3 個(gè)問題是可以得到解決的，例如在變壓器初級(jí)串聯(lián)一個(gè)適當(dāng)?shù)碾娙菥涂梢越鉀Q第一個(gè)問題；設(shè)定一定的死區(qū)，在變壓器次級(jí)電壓不為零的時(shí)間內(nèi)保證了兩個(gè)整流管不同時(shí)導(dǎo)通就可以解決第二個(gè)問題；設(shè)定兩個(gè)功率管的死區(qū)，保證其在任意的時(shí)間內(nèi)不同時(shí)導(dǎo)通就可以解決第3 個(gè)問題。
這種變換器雖有不足，但其優(yōu)點(diǎn)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(fù)位電路；④次級(jí)倍流整流電路相對(duì)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(shí)其動(dòng)態(tài)響應(yīng)速度得到提高； ⑤在同樣的輸出電流下，在初級(jí)功率管都關(guān)斷的死區(qū)時(shí)間內(nèi)，整流管的損耗比正激式的大大減小了。
如前所述，當(dāng)前的研究主要是解決整流管在開關(guān)轉(zhuǎn)換過程中出現(xiàn)的高電壓大電流的重疊現(xiàn)象，對(duì)此，驅(qū)動(dòng)方式是至關(guān)重要的。圖7 列舉了3 種可行的驅(qū)動(dòng)方式[5 ] .但是，這3 種方式并沒有使開關(guān)時(shí)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(guān)斷及功率管開通的時(shí)間配合關(guān)系曲線，然后再選擇適合的驅(qū)動(dòng)方式。
在實(shí)驗(yàn)中[5 ]采用附加繞組驅(qū)動(dòng)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(qū)動(dòng)方式
5 推挽-正激式變換器
就常規(guī)推挽式結(jié)構(gòu)來說，因功率開關(guān)管集電極應(yīng)力兩倍于輸入電壓，而且其主變壓器的初級(jí)利用率亦不如半橋和全橋，其輸出電壓隨輸入電壓和負(fù)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(jié)構(gòu)。
文獻(xiàn)[ 6 ]提出了新型的推挽正激式的結(jié)構(gòu)，如圖8 所示。這個(gè)變換器工作在一、三兩個(gè)象限，所以其控制相對(duì)簡單并且瞬態(tài)響應(yīng)速度快。這個(gè)變換器也適用于低壓大電流輸出的情況。其整流管的驅(qū)動(dòng)方式與帶倍流整流的橋式結(jié)構(gòu)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(dá)83. 6 %以上。
圖8 新型推挽2正激式變換器結(jié)構(gòu)圖
6 結(jié)束語
在各種基本電路拓?fù)涞慕M合中，適合于低壓大電流輸出的優(yōu)化結(jié)構(gòu)是以上3 種典型
評(píng)論