一种低电流纹波的低压大电流DC-DC变换器的研究

　　1 引言

　　近年来， 随着计算机微处理器的输入电压要求越来越低， 低压大电流DC - DC 变换器的研究得到了许多研究者的重视， 各种拓扑结构层出不穷，同步整流技术、多重多相技术、磁集成技术等也都应用于这个领域。笔者提出了一种交错并联的低压大电流DC - DC 变换器， 它的一次侧采用对称半桥结构， 而二次侧采用倍流整流结构。采用这种结构可以极大地减小滤波电容上的电流纹波， 从而极大地减小了滤波电感的大小与整个DC - DC 变换器的尺寸。这种变换器运行于48 V 的输入电压和100 kHz 的开关频率的环境。

　　2 倍流整流的低压大电流DC - DC变换器的结构分析

　　倍流整流低压大电流DC-DC 变换器的电路原理图如图1 所示， 一次侧采用对称半桥结构， 二次侧采用倍流整流结构， 在S1 导通时SR1 必须截止， L1 充电; 在S2 导通时SR2 必须截止， L2 充电，这样滤波电感电流就会在滤波电容上移项叠加。图2 给出了开关控制策略。

图1 倍流整流的低压大电流DC- DC变换器的电路原理图

图2 开关的控制策略

　　通过以上分析可以看出， 倍流整流结构的二次侧2 个滤波电感电流在滤波电容上相互叠加， 从而使得输出电流纹波变得相当小。

　　结构中的同步整流器均按外加信号驱动处理，使控制变得很复杂， 但在这种半桥- 倍流拓扑结构中使用简单的自驱动方式很困难， 因为， 在这种结构中， 如果直接从电路中取合适的点作为同步整流器的驱动信号， 在死区时间内当这个驱动信号为零时， 同步整流器就会截止。为了在半桥- 倍流拓扑结构中使用自驱动方式， 就必须使用到辅助绕组。

　　以单个半桥- 倍流拓扑结构为例， 见图3 , VSEC为变压器的二次侧电压， Vgs为由辅助绕组获得的同步整流器的驱动电压， 可以看出即使在死区的时间内， 同步整流器的驱动电压也不可能为零， 保证了自驱动方式在这种拓扑结构中的应用。

图3 自驱动同步整流器电路及波形图

　　另外， 由于在大电流的情况下MOSFET 导通压降将增大， 从而产生较大的导通损耗， 为此应采用多个MOSFET 并联方法来减小损耗。

　　3 交错并联低压大电流DC - DC 变换器

　　3.1 电路原理图

　　综上所述， 倍流整流低压大电流DC - DC 变换器具有很好的性能， 在此基础上引入交错并联技术， 构成一种新的结构， 称为并联低压大电流DC - DC变换器， 可以进一步减小输出电流纹波。

　　图4 为交错并联低压大电流DC - DC 变换器的电路原理图(以最简单的2 个倍流整流交错并联为例)。