#倍流同步整流在高压VVRM中的应用

1、参考文献 王硕 基于三电平 ZVS 半桥倍流电压调节模块 (VRM 地研 究 燕山大学 2018 硕士论文 倍流同步整流在高压 48VVRM 中地应用 设计中原边通常选用地拓扑主要有半桥、全桥、正激和推挽电 路；副边拓扑方式有桥式整流、半波整流、全波整流及倍流整流四 种.副边整流电路拓扑地选择因为 VRM 输出为低压大电流 ,因此副边整流电路地选用尤为重要 ,不 但要求磁性器件制作简单 ,更需要关注地是各部分地损耗 ,如变压器副 边绕组损耗、整流管损耗等 .在常用地四种副边拓扑结构中 ,全桥整流 电路因为所用整流管数量是其它拓扑地两倍 ,在大电流输出地 VRM 中就会产生更多地开关管地损耗 ,

2、在设计中显然不宜采用 ,因此不再对 其进行分析比较 .主要对另外三种电路地导通损耗、磁性器件及驱动方式进行了比较 ,总结见下表所示半波整流中心抽头全波 整流倍流整流t on 占空比 D= TsD0.50 D1D 地 DC/DC 变换器中已普遍应用 ,正向电压降低到原来地 1/21/3.尤其值得提出 地是 ,在 110 MH 软开关 DC/DC 变换器中应用同步整流技术 ,可以使 变换器地效率从 8085%提高到 90%.同步整流技术在倍流整流中地应用倍流整流电路有共阳极 （图 （a和共阴极 （图（c两种形式 ,两种形 式地构成元件是相同地 ,只是其中电感和二极管地位置有所不同 ,但两 个电路地

3、功能是相同地 .在电路中利用 MOSFET 代替二极管得到倍流同步整流拓扑 ,如图（b、 （d所示 .图 倍流同步整流电路图四 同步整流直接驱动 同步整流驱动技术在变换器中引入同步整流技术后,对副边同步整流管地驱动电路地设计也成为了关键点 .目前通常采用地驱动方式主 要有自驱动和外驱动两种 .自驱动方式包含栅极电荷保持电压驱动 方式、电平移动自驱动及恢复电流驱动方式 ,但是这些驱动方式均需 要通过在主变压器上增加两个辅助绕组或增加附加电路以获取驱动信号 ,增加了拓扑地复杂程度 ,在设计上较为复杂；而外驱动方式通常 是利用移相全桥拓扑中主开关管地驱动信号 ,通过附加地逻辑控制和 驱动电路 ,经过

4、一定地逻辑组合作为同步整流地驱动信号 ,便能够提供 高质量地驱动波形 ,但组合逻辑电路中地延时、冒险或竞争等现象会 影响其实用性 ,同时也增加了控制电路地复杂性和成本 .同步整流直接驱动采用直接利用主开关管地驱动信号作为同步整 流管地驱动信号地方式 .这样不但可以省去为了获取驱动信号而增加 地变压器地辅助绕组 ,从而减小损耗、简化电路拓扑地结构 ,提高了系 统地可靠性 ,同时又不需要经过逻辑控制电路对信号地进行处理 驱动信号质量更高 ,更可靠 ,更具有实用性 .五 两级式拓扑地结构与控制策略 针对输入电压和输出电压相差悬殊地问题 ,必须采用隔离式变换器 .但单级隔离式变换器在输入输出电压地悬殊

5、且输出电压较低时地应 用场合也存在着一些问题：因为变压器地原、副边绕组匝比较大 ,绕组间耦合不佳 ,漏感大 .大 地漏感会引起同步整流管上地电压振荡 ,使同步整流器件地电压应力 增大 ,导致变换器地效率降低；同时还会造成较大地占空比丢失,不利于变换器地优化设计；因为输出电压低 ,变压器副边绕组电压不足以直接驱动同步整流管 , 需要引入辅助绕组 ,使变压器结构变得复杂 ,并且会影响变压器绕组间 地耦合；如采用外电路来驱动 ,控制电路将过于复杂 .因此 ,单级隔离 式变换器也不适合在未来 48V 输入、低压大电流输出地场合使用 .两级式变换器由一个隔离式变换器级联一个Buck 变换器构成 .隔离式

6、变换器实现大幅降压功能 ,Buck 变换器用于输出电压调节 . 六 两级式拓扑结构地选择 下表给出了几种隔离式变换器地比较因为反激变换器只有一个磁性元件 ,原边也只有一个功率器件 .但是 , 采用同步整流技术时 ,其需要检测同步整流管电流实现电流型自驱动 , 比较复杂 ,器件少地优势不再 .单端正激式变换器地电压型自驱动同步整流简单易实现,然而其变压器工作在单方向磁化状态 ,且输出滤波器工作频率就是开关频率 ,因 此其滤波器、变压器地体积要远大于桥式变换器 .对比推挽变换器和半桥变换器原边开关管地电压应力,推挽变换器地开关管地电压应力是输入电压地两倍 ,而半桥变换器地开关管地 电压应力就是输入

7、电压 .另外推挽变换器地偏磁问题难以解决 ,半桥变 换器可以用隔直电容解决 .基于以上分析 ,本文选择半桥变换器作为此两级式变换器中地隔 离变换器 ,考虑到 Buck 变换器可以用专用地芯片实现同步整流 ,不存 在隔离等问题 ,无论置前置后都是一样地 .而半桥变换器实现电压型地 自驱动是有一定地条件地 .在输出电压低地时候 ,同步整流管地驱动电 平有可能不够高 ,就需要借助辅助绕组来实现 ,那样就又带来耦合问题 , 且增加了电路地复杂程度 .因此 ,提出两级式变换器地结构为“半桥 Buck”如图） .几种隔离式变换器地比较全桥变换器半桥变换器正激变换器反激变换器推挽变换器图 两级式变换器拓扑七

8、 两级式拓扑地控制策略 对于选定地“半桥 Buck ”结构 ,根据是否调节各级输出电压地不同 又可以分为 3 种：控前级不控后级、控后级不控前级和两级都控 .只控制前级时 ,即让 Buck 变换器工作在恒定地占空比 ,通过调节 半桥变换器地占空比来调节变换器地输出电压 .因为采样要隔离 ,而且 负载动态变化时 ,后级占空比仍然恒定 ,动态响应性能势必会受到影 响；而两级都控地方案虽然性能比较好 ,但控制相对要复杂得多；只 控后级既简单又能保证足够快地动态响应 .只调节后级即半桥变换器 原边开关管地占空比恒定为 D=0.5,整流后地波形接近直流 ,此时它可 以认为是一个母线直流变换器 Bus Converter）；通过调节 Buck 变 换器地占空比来控制输出电压 .相对于只控制前级不控制后级和两级 都控