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?fù)浣Y(jié)構(gòu)已經(jīng)被廣泛采用。就其工作原理進(jìn)行了詳細(xì)的分析說(shuō)明，并給出了相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)和實(shí)驗(yàn)結(jié)果。

關(guān)鍵詞：倍流整流；同步整流；直流/直流變換器；拓?fù)?/p>

0 引言

隨著微處理器和數(shù)字信號(hào)處理器的不斷發(fā)展，對(duì)芯片的供電電源的要求越來(lái)越高了。不論是功率密度、效率和動(dòng)態(tài)響應(yīng)等方面都有了新要求，特別是要求輸出電壓越來(lái)越低，電流卻越來(lái)越大。輸出電壓會(huì)從過(guò)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(lái)看，微處理器和數(shù)字信號(hào)處理器等都是電源的負(fù)載，而且它們都是動(dòng)態(tài)的負(fù)載，這就意味著負(fù)載電流會(huì)在瞬間變化很大，從過(guò)去的13A/μs到將來(lái)的30A/μs～50A/μs[2]。這就要求有能夠輸出電壓低、電流大、動(dòng)態(tài)響應(yīng)好的變換器拓?fù)?。而?duì)稱(chēng)半橋加倍流同步整流結(jié)構(gòu)的DC/DC變換器是最能夠滿(mǎn)足上面的要求的[3]。

本文對(duì)這種拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的變換器的工作原理作出了詳細(xì)的分析說(shuō)明，實(shí)驗(yàn)結(jié)果證明了它的合理性。

1 主電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)

主電路拓?fù)淙鐖D1中所示。由圖1可以看出，輸入級(jí)的拓?fù)錇榘霕螂娐?，而輸出?jí)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?yàn)椋?/p>

圖1 主電路拓?fù)?/p>

1）變壓器副邊只需一個(gè)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(duì)較??；

2）輸出有兩個(gè)濾波電感，兩個(gè)濾波電感上的電流相加后得到輸出負(fù)載電流，而這兩個(gè)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(guò)每個(gè)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?fù)渲?，它的副邊大電流連接線只有2路，而在中間抽頭的拓?fù)渲杏?路；

5）動(dòng)態(tài)響應(yīng)很好。

它唯一的缺點(diǎn)就是需要兩個(gè)輸出濾波電感，在體積上相對(duì)要大些。但是，有一種叫集成磁（integrated magnetic）的方法，可以將它的兩個(gè)輸出濾波電感和變壓器都集成到同一個(gè)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(gè)周期內(nèi)可分為4個(gè)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