低壓大電流DC/DC變換器拓撲分析

　　倍流整流結構不是源于Buck 變換器，但也起降壓作用。其基本工作原理如圖3 所示：當變壓器的次級電壓V_sec為正時(shí)，VD1 關(guān)斷，電感L1 的電流IL1增大并流經(jīng)負載，VD2 和變壓器次級形成回路，同時(shí)電感L2 的電流IL1減小，它流經(jīng)負載和VD2 形成回路；當變壓器次級電壓V_sec為負時(shí)，其過(guò)程也類(lèi)似；而當變壓器的次級電壓為零時(shí)，則電感L1 和L2的電流分別流經(jīng)VD1 和VD2 形成回路，即VD1 和VD2 同時(shí)導通。因此，雖然其濾波電感頻率與其功率主開(kāi)關(guān)的相同，但是由于兩個(gè)濾波電感的紋波電流互相抵消了一部分（ i11 + i12） ,其輸出濾波電容的紋波電流減小了，因此在倍流型結構中所需要的濾波電容比正激式的小得多。

　　由圖1b 可以看出，在每個(gè)開(kāi)關(guān)周期內正激式結構的整流管的總導通損耗相當于輸出濾波電感電流一個(gè)周期內流過(guò)一個(gè)整流管的損耗；在中心抽頭或者倍流型結構中，由于雙端變換器的變壓器次級電壓在功率開(kāi)關(guān)管的死區內為零，所以其兩個(gè)整流管在死區時(shí)間內同時(shí)導通，兩個(gè)整流管中流過(guò)的電流均為零，如圖2b 和圖3b 所示，因此，在功率開(kāi)關(guān)管的關(guān)斷時(shí)間內，整流管的總損耗就大大減少了。

　　由圖2a 和圖3a 的對比可知，中心抽頭型和倍流型從元件個(gè)數和結構的復雜性都是差不多的，但在大電流的情況下，倍流型次級結構的性能更好。

　　可從以下幾點(diǎn)來(lái)說(shuō)明： ①倍流型結構的電感電流和變壓器次級的電流只是中心抽頭型結構電流的一半，因而其導通損耗比中心抽頭的要??； ②倍流結構使大電流的電路相互連接數目最少，這就簡(jiǎn)化了次級的布線(xiàn)，并因此減少了與布線(xiàn)有關(guān)的損耗； ③倍流結構中的變壓器和濾波電感可以公用一個(gè)磁芯，簡(jiǎn)化了元件的包裝和減小了體積。

　　2. 2. 3 變壓器次級3 種結構的優(yōu)選。

　　從以上分析可知，反激式的初級拓撲和中心抽頭型的次級結構相對來(lái)說(shuō)有很多不足。經(jīng)過(guò)優(yōu)選，適用于低壓大電流的降壓型初級拓撲有正激式、推挽式和橋式，而在次級整流拓撲中，正激式和倍流式兩種更為適用于低壓大電流。但是，推挽式和橋式等雙端結構的初級拓撲顯然不能和正激式的次級拓撲組合；而且，非對稱(chēng)的正激式初級結構雖然可以和倍流整流式的次級結構組合，但效果并不理想。

　　所以，可得出的優(yōu)選拓撲組合是： ①初級正激式與次級正激式的組合； ②橋式與倍流式的組合； ③推挽式與倍流整流式的組合。即正激式變換器和帶中心抽頭的橋式變換器以及推挽正激式變換器。

　　3 正激式變換器

　　如圖4 所示，正激式變換器的優(yōu)點(diǎn)主要在于結構簡(jiǎn)單、次級紋波電流明顯衰減，紋波電壓低、功率開(kāi)關(guān)管峰值電流較低、并聯(lián)工作容易、可以自動(dòng)平衡、屬降壓型變換器。因此，它是最早應用于低壓大電流的變換器。但其缺點(diǎn)也很明顯： ①需要一個(gè)額外的磁復位電路來(lái)避免變壓器的磁飽和； ②對變壓器的設計要求比較高，要求其漏感小，以減小續流管在關(guān)斷過(guò)程中的損耗； ③同步整流中的死區過(guò)大使得其效率減??； ④整流管的體二極管不僅在導通的過(guò)程中增加了電路的損耗，而且在關(guān)斷過(guò)程中，由于其反向恢復特征，也會(huì )引起能量損耗，這個(gè)損耗與反向恢復電荷、頻率、次級電壓成正比關(guān)系。

圖4 正激式變換器結構圖

　　以上問(wèn)題有的已經(jīng)得到很好的解決。正激式變換器在其同步整流的驅動(dòng)中多采用自驅動(dòng)方式。比較典型的自驅動(dòng)方式有3 種電路，如圖5 所示。

圖5 正激式變換器中同步整流管的3 種自驅動(dòng)方式

（諧振復位、有源鉗位、零電壓多諧振變換器）。

　　另外，為了改善整流管的死區問(wèn)題，混合驅動(dòng)方式采用了的電荷保持技術(shù)，此驅動(dòng)方式也不失為一種好的驅動(dòng)方式。

　　在文獻[ 4 ]的實(shí)驗中，采用LCD 復位和電荷保持混合驅動(dòng)方式的正激式變換器在48V 輸入，5V/10A 輸出時(shí)，最高效率可達92. 3 %.

　　4 帶倍流整流的橋式變換器