改進(jìn)交錯式DC/DC轉換器
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時(shí)間：2011-07-05
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技術(shù)方案與實(shí)用技巧
電流不平衡會(huì )造成熱應力和器件應力。針對可能發(fā)生的過(guò)應力狀況，晶體管和磁性器件必須采取保險設計。此外，效率也會(huì )受影響。例如，如果交錯式正向轉換器的總電流為30A，兩相分別提供10A和20A的電流，那么該因素所致的效率下降幅度接近1%。
有兩種控制方案可用來(lái)實(shí)現各相均流：內環(huán)路均流和雙環(huán)路均流。內環(huán)路均流本質(zhì)上是電流模式控制。電壓補償器的輸出用作均流總線(xiàn)，為所有相位提供輸出電流參考。在電壓環(huán)路內，均流環(huán)路設計不受電壓帶寬的限制，均流響應甚至可以比電壓環(huán)路更快。然而，當設計外電壓環(huán)路時(shí)，必須考慮內環(huán)路的影響。如果內環(huán)路更快，外環(huán)路的電壓調節功能可能會(huì )被削弱。
在雙環(huán)路操作中，電壓調節環(huán)路和均流環(huán)路并聯(lián)。各相有一個(gè)專(zhuān)用均流補償器來(lái)確保其電流跟隨均流總線(xiàn)，它可以是并聯(lián)各相的平均電流或最高相位電流。各相的均流環(huán)路輸出與公共電壓補償器輸出相加，產(chǎn)生該相的占空比信號。這樣，均流控制器和電壓調節控制器均會(huì )影響占空比信號的產(chǎn)生。采用這種控制結構時(shí)，各環(huán)路可以靈活設計，設計師不必過(guò)份擔心均流環(huán)路與電壓調節環(huán)路的相互影響。
無(wú)論采用何種均流方案，為了進(jìn)行有源控制，必須檢測各相的電流。傳統方法是各相均使用電流檢測方案。電流檢測一般用于保護目的，這種技術(shù)會(huì )增加交錯式轉換器的成本。
為了利用一路輸入檢測兩相的電流，控制器必須分離各相的電流。在交錯式正向操作中，主開(kāi)關(guān)的占空比始終低于50%，以免變壓器飽和。在180度相移下，主開(kāi)關(guān)電流檢測不會(huì )發(fā)生信號重疊。因此，通過(guò)數字控制可以對檢測信號進(jìn)行分配，使之與各相的占空比信號對齊。這樣，只使用一個(gè)電流檢測電路就能清楚地辨別各相的電流?？刂破鞅O控各相中流動(dòng)的電流，存儲此信息，并且補償驅動(dòng)信號以確保均流。
圖4所示為一個(gè)利用ADP1043控制器實(shí)施以上方案的交錯式正向轉換器示例。顯而易見(jiàn)，因為占空比低于50%，所以利用一個(gè)公共電流檢測點(diǎn)，控制器就能確定各相的電流。如果不實(shí)施均流控制，第二相位的電流幾乎是第一相位的兩倍。啟用均流控制后，兩相之間的電流差大幅降低到5%。
本文引用地址：http://dyxdggzs.com/article/178917.htm
圖4. 兩相均流控制的效果：（上圖）啟用均流控制；（下圖）禁用均流控制。
總而言之，交錯式操作能夠提供單相設計所不具備的優(yōu)點(diǎn)。使用數字電源管理可以進(jìn)一步擴大交錯式操作的好處。數字控制還能實(shí)現簡(jiǎn)單的均流方案。
作者簡(jiǎn)介
Yang Qiu (yang.qiu@analog.com)是位于美國加利福尼亞州圣何塞的ADI公司高級應用工程師。他擁有中國北京清華大學(xué)電氣工程學(xué)士學(xué)位和碩士學(xué)位，以及美國弗吉尼亞州布萊克斯堡弗吉尼亞理工學(xué)院電源電子系統中心(CPES)授予的博士學(xué)位。
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