倍流同步整流在DCDC变换器中工作原理分析.doc

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1、倍流同步整流在DC/DC变换器中工作原理分析［作者：佚名    转贴自：未知    点击数：13    更新时间：2005-6-16    文章录入：chinlea］摘要：在低压大电流变换器中倍流同步整流拓扑结构已经被广泛采用。就其工作原理进行了详细的分析说明，并给出了相应的实验和实验结果。关键词：倍流整流；同步整流；直流/直流变换器；拓扑　0   引言   随着微处理器和数字信号处理器的不断发展，对芯片的供电电源的要求越来越高了。不论是功率密度、效率和动态响应等方面都有了新要求，特别是要求输出电压越来

2、越低，电流却越来越大。输出电压会从过去的3.3V降低到1.1～1.8V之间，甚至更低[1]。从电源的角度来看，微处理器和数字信号处理器等都是电源的负载，而且它们都是动态的负载，这就意味着负载电流会在瞬间变化很大，从过去的13A/μs到将来的30A/μs～50A/μs[2]。这就要求有能够输出电压低、电流大、动态响应好的变换器拓扑。而对称半桥加倍流同步整流结构的DC/DC变换器是最能够满足上面的要求的[3]。   本文对这种拓扑结构的变换器的工作原理作出了详细的分析说明，实验结果证明了它的合理性。1   

3、主电路拓扑结构   主电路拓扑如图1中所示。由图1可以看出，输入级的拓扑为半桥电路，而输出级是倍流整流加同步整流结构。由于要求电路输出低压大电流，则倍流同步整流结构是最合适的，这是因为：图1   主电路拓扑   1）变压器副边只需一个绕组，与中间抽头结构相比较，它的副边绕组数只有中间抽头结构的一半，所以损耗在副边的功率相对较小；   2）输出有两个滤波电感，两个滤波电感上的电流相加后得到输出负载电流，而这两个电感上的电流纹波有相互抵消的作用，所以，最终得到了很小的输出电流纹波；   3）流过每个滤波电感

4、的平均电流只有输出电流的一半，与中间抽头结构相比较，在输出滤波电感上的损耗明显减小了；   4）较少的大电流连接线（highcurrentinter-connection），在倍流整流拓扑中，它的副边大电流连接线只有2路，而在中间抽头的拓扑中有3路；   5）动态响应很好。   它唯一的缺点就是需要两个输出滤波电感，在体积上相对要大些。但是，有一种叫集成磁（integratedmagnetic）的方法，可以将它的两个输出滤波电感和变压器都集成到同一个磁芯内，这样可以大大地减小变换器的体积。2   电路基

5、本工作原理   电路在一个周期内可分为4个不同的工作模式，如图2所示，理想的波形图如图3所示。(a)   模式1[t0－t1](b)   模式2[t1－t2](c)   模式3[t2－t3](d)   模式4[t3－t4]图2   工作模式图图3   工作波形图   模式1[t0－t1]   在t=t0时刻，开关管S1导通，变压器原边两端的电压为正，且有Vp=Vin/2；而开关管S2一直都处于关断状态，由于S1的导通，S2的漏源极电压（Vds2）被钳位到输入电压，即Vds2=Vin。变压器副边电压Vse

6、c为高电平，同步开关管SR1的门极也是高电平，SR1导通。此时，负载的电流等于两个输出电感电流之和，且全部流经SR1。在这个模式下，滤波电感Lo1上的电流是增大的，而电感Lo2上的电流是减小的，它们的电流纹波有相互抵消的作用，所以，负载电流Io的纹波是很小的。   模式2[t1－t2]   在t=t1时刻，S1关断。由于变压器漏感Lk的存在，电流要继续维持原来的方向，所以，如图3(b)中所示，此时在变压器原边存在两个回路，一个是由C1，Coss1，Lk构成，对S1的输出结电容Coss1充电；另一个是由C

7、2，Coss2，Lk构成，对S2的输出结电容Coss2进行放电。最后S1及S2的漏源极电压都被钳位在输入电压的一半，即Vds2=Vds2=Vin/2。同时，变压器原边的电压此时为零，副边也是零，此时，SR1及SR2都处于导通状态，分别对两个输出电感上的电流进行续流。且两个电感上的电流都是减小的，所以，最后得到的输出负载电流（ILo1＋ILo2）是减小的。   模式3[t2－t3]   在t=t2时刻，S2导通。S1处于关断状态，其两端电压也被钳位到输入电压，即Vds1=Vin。由图2(c)中可以看出，变

8、压器原边的电压为负，且等于输入电压的一半，即Vp=－Vin/2。相对应的同步管SR2导通，所有的负载电流都会流经SR2。且输出电感电流ILo2是增大的，ILo1是减小的。但最终得到的负载纹波电流是增大的。   模式4[t3－t4]   在t=t3时刻，S2关断。在这个工作模式下，原边的工作原理同图2(b)正好相反。这时，S1及S2都处于关断状态。存储在变压器原边漏感中的能量对S1及S2输出结电容进行充放电。其中对Coss1是放电，而对Cos