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DCDC模块电源中变换器技术的现状和发展分析

作者:(www.025021.com) 发布于:2018-1-30 11:26:20 点击量:

DCDC模块电源中变换器技术的现状和发展分析

在DC/DC业界,应该说,软开关技术的开发、试验、直到用于工程实践,费力不小,但收效却不是太大。花在这方面的精力和资金还真不如半导体业界对MOSFET技术的改进。经过几代MOSFET设计工业技术的进步,从第一代到第八代。光刻工艺从5μM进步到0.5μM。完美晶格的外延层使我们将材料所选择的电阻率大幅下降。加上进一步减薄的晶片。优秀的芯片粘结焊接技术,使当今的MOSFET(例如80V40A)导通电阻降至5mΩ以下,开关时间已小于20ns,栅电荷仅20nc,而且是在逻辑电平下驱动即可。在这样的条件下,同步整流技术获得了极好的效果,几乎使DC/DC的效率提高了将近十个百分点。效率指标已经普遍进入了>90%的范围。

目前,自偏置同步整流已经普遍用于5V以下的低压小功率输出。自偏置同步整流用法简单易行,选择好MOSFET即告成功,此处不多述。

而对于12V以上至20V左右的同步整流则多采用控制驱动IC,这样可以收到较好的效果。ST公司的STSR2和STSR3可以很好地用于反激变换电路及正激变换电路。我们给出其参考电路。线性技术公司的LTC3900和LTC3901则是去年才推出的更优秀的同步整流控制IC.采用IC驱动的同步整流电路中,应该说最好的还是业界于2002年才正式使用的ZVS,ZCS同步整流电路,它将DC/DC转换器的效率带上了95%这一历史性台阶。

ZVS,ZCS同步整流只适用初级侧为对称型电路拓朴,磁芯可以双向工作的场合。即推挽、半桥以及全桥硬开关的电路。二次侧输出电压24V以下,输出电流较大的场合,这时可以获得最佳的效果。我们知道,对于传输同样功率高压小电流硬开关的损耗要比低压大电流硬开关时的损耗低很多。我们利用这种性能将PWM的输出信号经过变压器或高速光耦传输至二次侧,适当处理其脉宽后,再去驱动同步整流的MOSFET。让同步整流的MOSFET在其源漏之间没有电压,不流过电流时开启及关断。只要此时同步整流的MOSFET的导通电阻足够小,栅驱动电荷足够小,就能大幅度地提升转换效率。最高的95%的转换效率即是这样获得的,业界将其称为CoolSet,即冷装置,不再需要散热器和风扇了。

这种电路拓朴的输出电压在12V、15V输出时效率最高,电压降低或升高,效率随之下降。输出电压超过28V时,将与肖特基二极管整流的效果相当。输出电压低于5V时采用倍流整流会使变压器利用更充分,转换效率也会更高。

在ZVS及ZCS同步整流技术应用于工程获得成功后,人们在不对称电路拓朴中也在进行软开关同步整流控制的试验。例如已经有了有源箱位正激电路的同步整流驱动(NCP1560),双晶体管正激电路的同步整流驱动(LTC1681及LTC1698)但都未取得如对称型电路拓朴的ZVS,ZCS同步整流的优良效果。

近来,TI的工程师采用予捡测同步整流MOSFET开关状态,然后用数字技术调整MOSFET开关时间的方法突破性的做出ZVS的同步整流,从而解决了非对称电路的软开关同步整流。


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