電路配置通盤考量應(yīng)用

　　在整個AC-DC電源設(shè)計中，隔離式DC-DC轉(zhuǎn)換器設(shè)計是一個重要環(huán)節(jié)，而半橋則是針對此設(shè)計一個很好的拓?fù)溥x擇，因為它有兩個互補(bǔ)驅(qū)動的初級端MOSFET，且最大汲極源極電壓(Drain-to-source Voltage)受限于所加的直流輸入電壓。其中，半橋拓?fù)溆袃煞N衍生產(chǎn)品，即半橋諧振(LLC)和AHB，兩種都已被廣為采用，部分原因是因為可取得專用于這些拓?fù)涞墓β使芾砜刂艻C。

　　首先，LLC藉由可變頻率控制技術(shù)，利用與功率級設(shè)計相關(guān)的寄生元素來實現(xiàn)ZVS切換。不過，由于經(jīng)調(diào)節(jié)的直流輸出只使用電容濾波，這種拓?fù)渥钸m合的是輸出漣波較低、輸出電壓較高的應(yīng)用，對于離線DC-DC應(yīng)用，一般規(guī)則是當(dāng)輸出電壓大于12伏特直流電時，最好選擇LLC。

　　另外，對于300瓦、12伏特DC-DC轉(zhuǎn)換器，AHB則成為一種高效率的選擇，其采用固定式的頻率控制方法，由于初級電流決定于變壓器的初級電壓，故可為兩個初級MOSFET的ZVS提供必要條件。同時，利用AHB實現(xiàn)ZVS能力的前提類似于LLC，也須取決于對電路寄生元素的透徹了解，例如變壓器漏電感、繞組電容(Winding Capacitance)和分立式功率器件的結(jié)電容等。

　　運用固定頻率方案簡化SR工作

　　相較于LLC控制中采用的可變頻率控制方法，固定頻率方案可以大幅簡化次級端自驅(qū)動SR的工作，使其閘極驅(qū)動電壓很容易由變壓器次級端推算出來。此時增加一個低端MOSFET驅(qū)動器，如圖2所示的雙路4安培(A)FAN3224驅(qū)動器，就可以精確給出流經(jīng)MOSFET米勒平坦區(qū)的電平轉(zhuǎn)換和高峰值驅(qū)動電流，從而確保快速高效的SR開關(guān)轉(zhuǎn)換。

　　圖2 帶倍流整流器的自驅(qū)動同步整流(SR)示意圖

　　圖2的倍流整流器可用于任何雙端電源拓?fù)浜痛驞C電流應(yīng)用，它具有好幾個突出的特性。第一，其次級端由一單一繞組構(gòu)成，可簡化變壓器的結(jié)構(gòu)。其次，由于所需的輸出電感被分配在兩個電感器上，故大電流流入次級端而產(chǎn)生的功耗會得到更有效的分布。第三，作為工作周期(D)的函數(shù)，兩個電感漣波電流彼此抵消后，兩個電感電流將擁有相當(dāng)于兩倍開關(guān)頻率的視頻率(Apparent Frequency)，故可允許更高的頻率，且流入輸出電感的峰值電流更低。

　　最后，在對稱轉(zhuǎn)換器(推挽式、半橋、全橋)中，每一個倍流電感都可攜帶一半的輸出電流，而AHB則不盡然，且加在次級端整流器上的非對稱電壓也可能是AHB的缺點之一。當(dāng)AHB在其限值工作周期為0.5附近工作時，載入的SR電壓幾乎可達(dá)到匹配。

　　然而，更合理的方案是通過對變壓器的匝數(shù)比進(jìn)行設(shè)計，使工作周期在額定工作期間保持在0.25工作周期0.35的特定范圍內(nèi)。當(dāng)工作周期在此范圍內(nèi)時，如圖2所示，Q1和Q2之間的電壓應(yīng)力，以及載入L1和L2兩端的電壓會變得不均衡，導(dǎo)致L1和L2之間的電流分布不均勻，必須考慮到每一個SR MOSFET的額定電壓。

　　有鑒于此，可以采用電感值不相等的L1和L2，以及額定電壓不同的SR MOSFET來優(yōu)化設(shè)計，而變壓器的匝數(shù)比也可以是非對稱的;只不過，使用這些技術(shù)須對所有工作條件下的電路行為有深入的了解。

　　材料/元件細(xì)評估　效率/尺寸可兼顧

　　值得注意的是，表1所示的規(guī)格可說明上述解決方案的可行性，但是須采用一個交錯式雙BCM PFC升壓預(yù)調(diào)節(jié)器來滿足此一設(shè)計，預(yù)調(diào)節(jié)器之后是一個帶自驅(qū)動SR的非對稱半橋DC-DC轉(zhuǎn)換器，如圖1所示。

　　其實，表1的規(guī)格是對AC-DC電源設(shè)計要求的簡單結(jié)論，主要設(shè)計目標(biāo)包括盡可能在寬范圍內(nèi)獲得最大的效率，并實現(xiàn)最小型的電源設(shè)計及散熱器尺寸。若要在寬負(fù)載范圍內(nèi)獲得最大的效率，須對每一個功率級的材料和元件選擇進(jìn)行仔細(xì)的考慮，尤其是在磁性設(shè)計方面，由于交錯式BCM PFC的頻率可能高達(dá)數(shù)百kHz，且變化多達(dá)10：1，故升壓電感必須是客制化設(shè)計的。