DCDC模塊電源中變換器技術(shù)的現(xiàn)狀和發(fā)展分析

        在DC/DC業(yè)界，應(yīng)該說(shuō)，軟開(kāi)關(guān)技術(shù)的開(kāi)發(fā)、試驗(yàn)、直到用于工程實(shí)踐，費(fèi)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(duì)MOSFET技術(shù)的改進(jìn)。經(jīng)過(guò)幾代MOSFET設(shè)計(jì)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(kāi)關(guān)時(shí)間已小于20ns，柵電荷僅20nc，而且是在邏輯電平下驅(qū)動(dòng)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(gè)百分點(diǎn)。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(jiǎn)單易行，選擇好MOSFET即告成功，此處不多述。

而對(duì)于12V以上至20V左右的同步整流則多采用控制驅(qū)動(dòng)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(dòng)的同步整流電路中，應(yīng)該說(shuō)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(tái)階。

ZVS,ZCS同步整流只適用初級(jí)側(cè)為對(duì)稱型電路拓樸，磁芯可以雙向工作的場(chǎng)合。即推挽、半橋以及全橋硬開(kāi)關(guān)的電路。二次側(cè)輸出電壓24V以下，輸出電流較大的場(chǎng)合，這時(shí)可以獲得最佳的效果。我們知道，對(duì)于傳輸同樣功率高壓小電流硬開(kāi)關(guān)的損耗要比低壓大電流硬開(kāi)關(guān)時(shí)的損耗低很多。我們利用這種性能將PWM的輸出信號(hào)經(jīng)過(guò)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(dòng)同步整流的MOSFET。讓同步整流的MOSFET在其源漏之間沒(méi)有電壓，不流過(guò)電流時(shí)開(kāi)啟及關(guān)斷。只要此時(shí)同步整流的MOSFET的導(dǎo)通電阻足夠小，柵驅(qū)動(dòng)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(shí)效率最高，電壓降低或升高，效率隨之下降。輸出電壓超過(guò)28V時(shí)，將與肖特基二極管整流的效果相當(dāng)。輸出電壓低于5V時(shí)采用倍流整流會(huì)使變壓器利用更充分，轉(zhuǎn)換效率也會(huì)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?cè)诓粚?duì)稱電路拓樸中也在進(jìn)行軟開(kāi)關(guān)同步整流控制的試驗(yàn)。例如已經(jīng)有了有源箱位正激電路的同步整流驅(qū)動(dòng)（NCP1560），雙晶體管正激電路的同步整流驅(qū)動(dòng)（LTC1681及LTC1698）但都未取得如對(duì)稱型電路拓樸的ZVS,ZCS同步整流的優(yōu)良效果。

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

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