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DC/DC变换器技术现状及未来
作者: 发布时间:2007-10-27 02:51:35 来源: 繁体版

  第一家申请专利的是美国SynQor公司,它的电路为Buck加上双组交互forward组合技术。第一级是同步整流的Buck电路,将较高的输入电压(36~75V)降至某一中间值如26V。控制两管占空比在30~60%工作。第二级为两组交互forward电路。各工作在50%占空比,而且两者输出相位相差180º刚好互补。变压器仅为隔离使用,其磁密和电密都处在最佳状态。Buck级只要输出滤波电感,而forward级在整流后只要输出滤波电容。如此情况下SynQor产品获得了92%以上的转换效率。下面给出其电路,其控制IC就是我们熟知的UCC3843。它利用一颗IC巧妙地控制了上述全部功能。

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       第二家申请专利的是美国国家半导体公司,它的电路为Buck加上一组对称拓朴(推挽、半桥、全桥)。第一级与SynQor公司相同,而第二级则为对称型电路拓朴。这样就可方便地实现ZVS,ZCS,它的同步整流不仅是ZVS,ZCS软开关的,而且是最大占空比条件下的同步整流。如此情况下,它获得了94%的转换效率,下面给出其电路,见图:限于两级交联其效率毕竟为两级的乘积,因此这种方式的最高效率还是受到限制。

  国家半导体公司给出的控制IC是当今最新颖独特的。首先它无需起动电路。可直接接100V以下高压。其次它驱动Buck电路的电平位移电路也做在IC内部。然后还同步地给出第二级的双路输出驱动。可直接驱动推挽电路,或加上驱动器IC驱动半桥或全桥电路,二次侧反馈的光耦可直接接至IC。此IC即今年刚问世的LM5041。

  以上两种电路拓朴由于二次占空比不变还很适合多路输出。复合电路拓朴中还有一个新的发明就是推挽电路二次侧同步整流之后再加上Buck电路以实现多输出。采用一颗UCC3895再加上几个门电路形成了一个革命性的变革组合。其电路如下。这是一个很奇妙的思维及组合,其推挽及同步整流也都是处在最大占空比之下工作的,但电压却在变化着。

  在开关电源中普遍应用高频铁氧体磁芯,作为变压器和 电感,由于铁氧体固有的磁滞特性,使得我们在设计所有各类电路拓朴时都不得不面对这个问题。在此之前绝大多数电路的做法都是用R、C、D网络将该部分磁能消耗掉,对变换器效率有几个百分点的影响。由于还有比它损耗比例更大的部位,所以注意力并没有放在此处。然而到了转换效率升至90%以上时,这种做法就绝对不可以了。从现在DC/DC工程化的产品来看,由于增加半导体器材(如MOSET、驱动IC等)是易如反掌的事。因此多数电路拓朴选用的是全桥电路拓朴及双晶体管正激电路。这两个电路是能使磁芯自动复位的最佳拓朴。对全桥电路与四个MOSFET并接上四个肖特基二极管即可,当对角线MOSFET同时关断时,变压器初级绕组励磁电感中的能量可自动地通过另两个二极管回馈至供电电源。如果工作频率不高,或选用了具快恢复性能体二极管的MOSFET,就可以省掉这四支肖特基二极管。这很适合100W以上的大功率DC/DC。而对于100W以下的DC/DC则多选双晶体管正激电路。它的复位原理已人尽皆知,唯一的不足就是最大只有50%的占空比。对小功率的forward电路近年来开发出一个谐振式自动复位电路。用了几个无源元件就能基本无损耗地将磁芯复位,其不足点也是最大占空比仅有50%,此外就是主功率MOSFET的耐压要提升约30%。

  目前,美国几家高级DC/DC制造商已经在高功率密度的DC/DC中使用了小型微处理器的技术。首先它可以取代很多模拟电路,减少了模拟元件的数量,它可以取代窗口比较器 、检测器、锁存器等完成电源的起动、过压保护、欠压锁定、过流保护、短路保护及过热保护等功能。由于这些功能都是依靠改变在微控制器上运行的微程序。所以技术容易保密。此外,改变微控制器的微程序还可以适应同一印板生产多品种DC/DC的要求,简化了器材准备、生产管理等的复杂工作。由于它是数字化管理,它的保护功能及控制功能比采用模拟电路要精密得多,有了它还可以解决多个模块并联工作的排序和均流问题。

  
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