隔離式低壓/大電流輸出DC/DC變換器中幾種副邊整流電路的比較

1引言

隨著計(jì)算機(jī)通信設(shè)備及新的網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)品市場(chǎng)需求的迅速增長(zhǎng)，未來的電源市場(chǎng)是非常樂觀的。市場(chǎng)對(duì)小功率變換器的需求更是呈現(xiàn)迅速上升趨勢(shì)。據(jù)專家預(yù)測(cè)[12]，在今后五年內(nèi)，小功率DC/DC變換器的發(fā)展趨勢(shì)是：適應(yīng)超高頻CPU芯片的迅速發(fā)展，DC/DC變換器將向低輸出電壓（最低可低到1.2V）、高輸出電流、低成本、高頻化（400～500kHz）、高功率密度、高可靠性（MTBF≥106h）、高效率的方向發(fā)展。

整流電路作為DC/DC變換器的重要組成部分，對(duì)整機(jī)性能的影響很大。傳統(tǒng)的整流電路采用功率二極管，由于二極管的通態(tài)壓降較高（典型值有0.4V～0.6V），因此整流損耗較大。而為了滿足各種數(shù)據(jù)處理集成電路對(duì)更快速、更低功耗和更高集成度的要求，集成芯片工作電壓將進(jìn)一步降低到1V～3V（現(xiàn)今的典型值為2.8V～3.3V）。在DC/DC變換器輸出如此低的電壓時(shí)，整流部分的功耗占輸出功率的比重將更大，致使整機(jī)效率更低，成為電源小型化、模塊化的障礙。應(yīng)用同步整流技術(shù)，用低導(dǎo)通電阻MOSFET代替常規(guī)整流二極管，可以大大降低整流部分的功耗，提高變換器的性能，實(shí)現(xiàn)電源的高效率，高功率密度[34]。

考慮到DC/DC變換器副邊整流電路的多樣化，本文針對(duì)低壓/大電流輸出DC/DC變換器，對(duì)幾種常用的副邊整流電路進(jìn)行分析比較，對(duì)倍流整流拓?fù)溥M(jìn)行了較詳細(xì)的闡述，希望能對(duì)電源設(shè)計(jì)有所幫助。

2副邊整流電路的回顧

2.1幾種常見的副邊整流電路

如圖1、圖2(a)、圖3(a)、圖4(a)所示，分別為全橋整流、半波整流、全波整流和倍流整流拓?fù)洹Ｈ珮蛘鞅绕渌N整流方式多用兩個(gè)整流管，使導(dǎo)通損耗大大增加，因而不太適合用于低壓/大電流輸出場(chǎng)合。故在下文中，未把全橋整流方式作為比較的對(duì)象。

基于半波整流和全波整流方式比較常用，這里不

圖1全橋整流

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圖2半波整流拓?fù)浼捌湓聿ㄐ?a)二極管半波整流(b)MOSFET半波整流(SR)(c)原理波形

圖3全波整流拓?fù)浼捌湓聿ㄐ?/p>

(a)二極管全波整流(b)MOSFET全波整流(c)原理波形

再作原理贅述，而著重對(duì)最近幾年比較熱門的“新型”整流拓?fù)?mdash;倍流整流方式進(jìn)行較詳細(xì)的原理分析。

2.2倍流整流電路的原理分析

早在1919年，“倍流整流”思想[5]在汞弧管整流電路中就有人提出，但沒有受到重視。隨著最近幾年低壓/大電流輸出DC/DC變換器的研究熱潮，這種整流思想又重新得到了重視。它是從全橋整流方式演化而來，即用兩只獨(dú)立的，數(shù)值相同的電感代替全橋整流拓?fù)渲械囊唤M整流管，仍保持“全橋整流”的形式，經(jīng)過適當(dāng)變形，即得到圖4所示的拓?fù)湫问?。圖5給出全橋整流—倍流整流這一演化過程的示意簡(jiǎn)圖。

如圖4所示，VSEC是變壓器副邊繞組電壓波形。下面對(duì)一個(gè)周期TS中，電路的工作情況進(jìn)行簡(jiǎn)要分析[6]。

（1）t0—t1：變壓器副邊繞組上為正壓，SR2(D2)處于導(dǎo)通狀態(tài)，SR1(D1)處于關(guān)斷狀態(tài)(SR1與D1，SR2與D2的開關(guān)狀態(tài)分別對(duì)應(yīng)一致，下文以SR管說明工作原理)，電感L1上電流上升，L2上電流下降。對(duì)應(yīng)如下關(guān)系式：VL1=V2－V0=L1（1）VL2=－V0=L2（2）

圖4倍流整流拓?fù)浼捌湓聿ㄐ?