浅谈降压型变换器的设计应用

1、浅谈降压型变换雅的设计应用通信系统是用以完成信息传输过程的技术系统的总称。现代通信系统主要借助屯磁波在自由空间的传播 或在导引媒体中的传输机理來实现，前者称为无线通信系统，后者称为冇线通信系统。用以完成信息传输 过程的技术系统的总称。现代通信系统主耍借助电磁波在自由空间的传播或在导引媒体中的传输机理來实 现，前者称为无线通信系统，后者称为有线通信系统。当电磁波的波长达到光波范围时，这样的电信系统 特称为光通信系统，其他电磁波范用的通信系统则称为电磁通信系统，简称为电信系统。山于光的导引媒 体采用特制的玻璃纤维，因此冇线光通信系统又称光纤通信系统。i般屯磁波的导引媒体是导线，按其具 体结构可分为

2、电缆通信系统和明线通信系统；无线电信系统按其屯磁波的波长则冇微波通信系统与短波通 信系统z分。另一方而，按照通信业务的不同，通信系统乂可分为电话通信系统、数据通信系统、传真通 信系统和图像通信系统等。由于人们对通信的容量要求越来越高，对通信的业务要求越来越多样化，所以 通信系统正迅速向着宽带化方向发展，而光纤通信系统将在通信网屮发挥越來越重要的作用。日前,通讯系统要求越來越快的处理速度，其内部专用集成芯片、处理器单元等电路消耗的屯流也越 來越人。同时，为减小系统的体积和尺寸，内部的低压人电流的dc/dc变换器不断向為频、為密度方向 发展。频率的提高带來了系统变换效率的降低。此外，世界范围内的能

3、源危机和环境污染提出了节能减排 的要求，因此，基于高频的变换器必须采用新型的器件，以保证系统既能工作在高频下，实现小尺寸小体 积，又能提高系统的整体效率，达到节能减排的目的。降压型变换器工作特点在通讯系统的系统板上，前级通常是从-48v电源通过隔离电源或电源模块得到12v或24v输出，也 有采用3.3或5v输岀。h前基t atca的通讯系统大多采用12v的中间母线架构，然厉再由降压型变换 器将 12v 向下转换为 3.3、5v25v、1.8v、1.25v 等多种不同的电压oatcac advanced telecom computing architecture)标准即先进的电信计算平台，它脱

4、胎于在电信、航天、工业控制、医疗器械、智能交通、军 事装备等领域应用广泛的新一代主流t业计算技术compactpci标准。是为下一代融合通信及数据网 络应用提供的一个高性价比的，基于模块化结构的、兼容的、并可扩展的硕件构架。正是为满足这些需求 而专门设计，更大的板卡尺寸和有效的散热使系统支持更高的运算能力；多种高性能交换互连技术带來高 数据带宽并实现控制与数据流量的分离；运营级的一个特点是下一代电信网所要求的5个9的高可靠性, ifu atca平台的模块化和可扩展性提供了直接的升级通道，方便了业务扩展。这也就不难理解，为什么 atca作为picmg标准被公布以來，仪经过了不到三年的时间，就己经

5、从标准的认识阶段转变成被多数 主流厂商所接受的阶段。对于降压型变换器，有以下的公式：vo=donxvi n其屮，为占空比。当输入电压较烏时，占空比就小。因此，当输入电压高，而输入电压较低，即输入 输出的屯压差较大时，在一个开关周期，上部主功率开关管导通的时间将减小，而下部续流开关管导通的 时间将延长。图1为上部mosfet管和下部mosfet管的工作波形，阴影为产生开关损耗的部分。(a) 上管的开关波形(b) 下管的开关波形(a)上管的开关波形"ds(b)下管的开关波形b 1:降艇39隠mosfkt管的工作渡形上部mosfet管在开关的瞬态过程中产生叽显的开关损耗，同时mosfet导

6、通电阻rds (on)也将 产生的导通损耗。平均导通损耗与占空比和导通电阻rds (on)成止比。对于基于atca的通讯系统，其 输入电压为12v,输入输出的电压差大，占空比小，因此导通损耗相对较小，而开关损耗占较大比例。开 关损耗主要与开关频率及mosfet在开关过程中持续的时间成正比。开关持续的时间与mosfet漏栅极 的米勒屯容玄接柑关。米勒电容小，开关持续时间短，则开关损耗低。因此，对于上部mosfet管的功率 损耗，必须同时考虑开关损耗和导通损耗。为降低导通电ml rds (on) , mosfet通常要采用更大而积的 晶圆，这样就可以得到更多的小单元，多个小单元并联后的总导通电阻r

7、ds (on)就更低。从波形可以看到，对于下部mosfet管在开关的瞬态过程屮，没有产生明显的开关损耗。通帘 mosfet的关断是一个自然的0电压的关断，因为在mosfet的漏极和源极冇一个寄生的电容。山于电 容的屯压不能突变，所以在关断的过程瞬态过程中，漏极和源极电压儿乎为0。这样在关断的过程中，电 压与电流的乘积也就是关断的功耗为0。为防止上下管直通，同步降压型变换器的上下管通常有一个死区时间。在死区的时间内，上下管沟保 证关断。当上管关断后，曲于输出电感的电流不能突变，必须维持原来的方向流动，所以下部功率mosfet 内部寄生二极管导通。寄生二极管导通后，下部mosfet的漏极和源极的电

8、压为二极管的正向压降，几乎 为0,因此在寄生二极管导通后，mosfet再导通，其导通是0电压的导通，开通损耗为儿乎0。这样下 管是一个0电压的开关，开关损耗儿乎0。此外，为减小在死区时间内体内寄生二极管产生的正向压降功耗和反向恢复带来的功耗，通常会并联 一个正向压降低、反向恢复时间短的肖特基二极管。过去主要是在下管mosfet的外部并联一个肖特基二 极管，现在通當将肖特基二极管集成在下部mosfet管内部。起初是将一个单独的肖特基二极管和一个 mosfet ii装在一起，后來是将它们做在一个晶圆上。将一个晶圆分成二个区，一个区做mosfet, 一 个区做肖特基二极管。二极管具有负温度系数，并联工作不太容易。在一个晶