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DCDC模塊電源中變換器技術(shù)的現(xiàn)狀和發(fā)展分析

作者:(www.hw389.com) 發(fā)布于:2018/1/30 11:26:20 點擊量:

        在DC/DC業(yè)界,應(yīng)該說,軟開關(guān)技術(shù)的開發(fā)、試驗、直到用于工程實踐,費力不小,但收效卻不是太大。花在這方面的精力和資金還真不如半導(dǎo)體業(yè)界對MOSFET技術(shù)的改進(jìn)。經(jīng)過幾代MOSFET設(shè)計工業(yè)技術(shù)的進(jìn)步,從第一代到第八代。光刻工藝從5μM進(jìn)步到0.5μM。完美晶格的外延層使我們將材料所選擇的電阻率大幅下降。加上進(jìn)一步減薄的晶片。優(yōu)秀的芯片粘結(jié)焊接技術(shù),使當(dāng)今的MOSFET(例如80V40A)導(dǎo)通電阻降至5mΩ以下,開關(guān)時間已小于20ns,柵電荷僅20nc,而且是在邏輯電平下驅(qū)動即可。在這樣的條件下,同步整流技術(shù)獲得了極好的效果,幾乎使DC/DC的效率提高了將近十個百分點。效率指標(biāo)已經(jīng)普遍進(jìn)入了>90%的范圍。目前,自偏置同步整流已經(jīng)普遍用于5V以下的低壓小功率輸出。自偏置同步整流用法簡單易行,選擇好MOSFET即告成功,此處不多述。

而對于12V以上至20V左右的同步整流則多采用控制驅(qū)動IC,這樣可以收到較好的效果。ST公司的STSR2和STSR3可以很好地用于反激變換電路及正激變換電路。我們給出其參考電路。線性技術(shù)公司的LTC3900和LTC3901則是去年才推出的更優(yōu)秀的同步整流控制IC.采用IC驅(qū)動的同步整流電路中,應(yīng)該說最好的還是業(yè)界于2002年才正式使用的ZVS,ZCS同步整流電路,它將DC/DC轉(zhuǎn)換器的效率帶上了95%這一歷史性臺階。

ZVS,ZCS同步整流只適用初級側(cè)為對稱型電路拓樸,磁芯可以雙向工作的場合。即推挽、半橋以及全橋硬開關(guān)的電路。二次側(cè)輸出電壓24V以下,輸出電流較大的場合,這時可以獲得最佳的效果。我們知道,對于傳輸同樣功率高壓小電流硬開關(guān)的損耗要比低壓大電流硬開關(guān)時的損耗低很多。我們利用這種性能將PWM的輸出信號經(jīng)過變壓器或高速光耦傳輸至二次側(cè),適當(dāng)處理其脈寬后,再去驅(qū)動同步整流的MOSFET。讓同步整流的MOSFET在其源漏之間沒有電壓,不流過電流時開啟及關(guān)斷。只要此時同步整流的MOSFET的導(dǎo)通電阻足夠小,柵驅(qū)動電荷足夠小,就能大幅度地提升轉(zhuǎn)換效率。最高的95%的轉(zhuǎn)換效率即是這樣獲得的,業(yè)界將其稱為CoolSet,即冷裝置,不再需要散熱器和風(fēng)扇了。

這種電路拓樸的輸出電壓在12V、15V輸出時效率最高,電壓降低或升高,效率隨之下降。輸出電壓超過28V時,將與肖特基二極管整流的效果相當(dāng)。輸出電壓低于5V時采用倍流整流會使變壓器利用更充分,轉(zhuǎn)換效率也會更高。

在ZVS及ZCS同步整流技術(shù)應(yīng)用于工程獲得成功后,人們在不對稱電路拓樸中也在進(jìn)行軟開關(guān)同步整流控制的試驗。例如已經(jīng)有了有源箱位正激電路的同步整流驅(qū)動(NCP1560),雙晶體管正激電路的同步整流驅(qū)動(LTC1681及LTC1698)但都未取得如對稱型電路拓樸的ZVS,ZCS同步整流的優(yōu)良效果。

近來,TI的工程師采用予撿測同步整流MOSFET開關(guān)狀態(tài),然后用數(shù)字技術(shù)調(diào)整MOSFET開關(guān)時間的方法突破性的做出ZVS的同步整流,從而解決了非對稱電路的軟開關(guān)同步整流。


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