低壓大電流DC/DC變換器拓撲分析

摘要：目前對低壓大電流DC/ DC 變換器的研究方興未艾。如何選擇合適的拓撲電路是其首要任務(wù)。從拓撲、應用方面系統地論述了低壓大電流技術(shù)近期的發(fā)展，闡述了各種拓撲電路的特點(diǎn)及用途并進(jìn)行了分析比較。同時(shí)，詳細地介紹了其關(guān)鍵的同步整流技術(shù)及其各種驅動(dòng)方法。

　　1 引 言

　　隨著(zhù)電子技術(shù)的迅速發(fā)展，以及各種微處理器、IC 芯片和數字信號處理器的普及應用，對低壓大電流輸出的低壓變換器的研究與應用成為日益重要的課題。在低電壓輸出的情況下，一般的二極管整流很難達到較高效率，需采用同步整流技術(shù)，這就使得同步整流成為低壓大電流技術(shù)中的關(guān)鍵技術(shù)。另外，如何選擇合適的拓撲，使變換器的性能最優(yōu)化，也是一個(gè)極其重要的問(wèn)題。

　　首先分別從變壓器的初級和次級對各種基本拓撲進(jìn)行分析比較，分別得出初級和次級適合于低壓大電流的優(yōu)化拓撲，然后進(jìn)行組合，列舉了3 種典型的拓撲，最后對優(yōu)化的組合作進(jìn)一步的比較分析。

　　2 基本拓撲及其優(yōu)缺點(diǎn)分析

　　以變壓器為界，此類(lèi)變換器的初級拓撲可從其所能傳送的功率以及拓撲結構的復雜程度等方面進(jìn)行分析。在提高低壓大電流變換器的效率中顯得尤為重要的是其次級的拓撲。本文首先從提高效率的角度對其進(jìn)行分析，然后綜合考慮其結構復雜性和驅動(dòng)方式等的問(wèn)題。

　　2. 1 變壓器初級拓撲的優(yōu)選

　　相對于升壓型變換器來(lái)說(shuō)，降壓型變換器更加適用于低壓大電流變換器。其變壓器初級的基本拓撲主要可用正激式、反激式、推挽式、半橋式和全橋式等5 種。但是，其中的反激式變換器顯然不適合低壓大電流的要求，因為它的輸出紋波較大，變壓器漏感引起較大的電壓尖峰，功率不大（150W 以下） ,變換器效率不高，因而只能在電壓和負載調整率要求不高的場(chǎng)合使用。

　　2. 2 變壓器次級拓撲的優(yōu)選

　　2. 2. 1 同步整流技術(shù)基本原理

　　同步整流技術(shù)旨在實(shí)現同步整流管柵極和源極之間的驅動(dòng)信號與同步整流管漏極和源極之間開(kāi)關(guān)同步。理想的同步整流技術(shù)可使同步整流管起到和整流二極管同樣的作用，即正向電壓導通，反向電壓關(guān)斷。在輸出為低電壓大電流的情況下，整流二極管的使用會(huì )引起很大的能量損耗，大大地降低電源效率。而用于同步整流的低電壓功率MOSFET 導通電阻非常小，正向導通壓降很低，例如15A 時(shí)只有0. 1V ,因此用低電壓功率MOSFET 代替整流二極管勢在必行。

　　2. 2. 2 變壓器次級3 種結構的比較

　　適用于低壓大電流輸出的變壓器次級結構有3種：正激式結構、中心抽頭式結構和倍流整流式結構（拓撲及其波形如圖1 、2 、3 所示）。

圖1 正激式結構與波形圖

圖2 中心抽頭式結構與波形圖

圖3 倍流整流式結構與波形圖

正激式結構相對于其它兩者結構最簡(jiǎn)單，而且適用于低壓大電流的情況。與源于Buck 變換器的正激變換器類(lèi)似，中心抽頭式結

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