隔离式低压大电流输出DCDC变换器中几种副边整流电路的比较

时间: 2024-08-08 22:42:57 |   作者: CAN接口

  随着计算机通信设施及新的网络商品市场需求的迅速增长，未来的电源市场是非常乐观的。市场对小功率变换器的需求更是呈现迅速上升趋势。据专家预测[12]，在今后五年内，小功率DC/DC变换器的发展的新趋势是：适应超高频CPU芯片的迅速发展，DC/DC变换器将向低输出电压（最低可低到1.2V）、高输出电流、低成本、高频化（400～500kHz）、高功率密度、高可靠性（MTBF106h）、高效率的方向发展。

  整流电路作为DC/DC变换器的重要组成部分，对整机性能的影响很大。传统的整流电路采取功率二极管，由于二极管的通态压降较高（典型值有0.4V～0.6V），因此整流损耗较大。而为满足各种数据处理集成电路对更快速、更低功耗和更高集成度的要求，集成芯片工作电压将逐步降低到1V～3V（现今的典型值为2.8V～3.3V）。在DC/DC变换器输出如此低的电压时，整流部分的功耗占输出功率的比重将更大，致使整机效率更低，成为电源小型化、模块化的障碍。应用同步整流技术，用低导通电阻MOSFET代替常规整流二极管，可以大幅度降低整流部分的功耗，提高变换器的性能，实现电源的高效率，高功率密度[34]。

  考虑到DC/DC变换器副边整流电路的多样化，本文针对低压/大电流输出DC/DC变换器，对几种常用的副边整流电路做多元化的分析比较，对倍流整流拓扑进行了较详细的阐述，希望能对电源设计有所帮助。

  如图1、图2(a)、图3(a)、图4(a)所示，分别为全桥整流、半波整流、全波整流和倍流整流拓扑。全桥整流比其它三种整流方式多用两个整流管，使导通损耗大幅度提升，因而不太适合用于低压/大电流输出场合。故在下文中，未把全桥整流方式作为比较的对象。

  图2半波整流拓扑及其原理波形(a)二极管半波整流(b)MOSFET半波整流(SR)(c)原理波形

  再作原理赘述，而着重对最近几年比较热门的“新型”整流拓扑倍流整流方式来进行较详细的原理分析。

  早在1919年，“倍流整流”思想[5]在汞弧管整流电路中就有人提出，但没有受到重视。随着最近几年低压/大电流输出DC/DC变换器的研究热潮，这种整流思想又重新得到了重视。它是从全桥整流方式演化而来，即用两只独立的，数值相同的电感代替全桥整流拓扑中的一组整流管，仍保持“全桥整流”的形式，经过适当变形，即得到图4所示的拓扑形式。图5给出全桥整流倍流整流这一演化过程的示意简图。

  如图4所示，VSEC是变压器副边绕组电压波形。下面对一个周期TS中，电路的工作情况做简要分析[6]。

  （1）t0t1：变压器副边绕组上为正压，SR2(D2)处于导通状态，SR1(D1)处于关断状态(SR1与D1，SR2与D2的开关状态分别对应一致，下文以SR管说明工作原理)，电感L1上电流上升，L2上电流下降。对应如下关系式：