改进交错式DC/DC转换器

作者：时间：2011-07-05来源：网络收藏

电流不平衡会造成热应力和器件应力。针对可能发生的过应力状况，晶体管和磁性器件必须采取保险设计。此外，效率也会受影响。例如，如果交错式正向转换器的总电流为30A，两相分别提供10A和20A的电流，那么该因素所致的效率下降幅度接近1%。
有两种控制方案可用来实现各相均流：内环路均流和双环路均流。内环路均流本质上是电流模式控制。电压补偿器的输出用作均流总线，为所有相位提供输出电流参考。在电压环路内，均流环路设计不受电压带宽的限制，均流响应甚至可以比电压环路更快。然而，当设计外电压环路时，必须考虑内环路的影响。如果内环路更快，外环路的电压调节功能可能会被削弱。
在双环路操作中，电压调节环路和均流环路并联。各相有一个专用均流补偿器来确保其电流跟随均流总线，它可以是并联各相的平均电流或最高相位电流。各相的均流环路输出与公共电压补偿器输出相加，产生该相的占空比信号。这样，均流控制器和电压调节控制器均会影响占空比信号的产生。采用这种控制结构时，各环路可以灵活设计，设计师不必过份担心均流环路与电压调节环路的相互影响。
无论采用何种均流方案，为了进行有源控制，必须检测各相的电流。传统方法是各相均使用电流检测方案。电流检测一般用于保护目的，这种技术会增加交错式转换器的成本。
为了利用一路输入检测两相的电流，控制器必须分离各相的电流。在交错式正向操作中，主开关的占空比始终低于50%，以免变压器饱和。在180度相移下，主开关电流检测不会发生信号重叠。因此，通过数字控制可以对检测信号进行分配，使之与各相的占空比信号对齐。这样，只使用一个电流检测电路就能清楚地辨别各相的电流。控制器监控各相中流动的电流，存储此信息，并且补偿驱动信号以确保均流。
图4所示为一个利用ADP1043控制器实施以上方案的交错式正向转换器示例。显而易见，因为占空比低于50%，所以利用一个公共电流检测点，控制器就能确定各相的电流。如果不实施均流控制，第二相位的电流几乎是第一相位的两倍。启用均流控制后，两相之间的电流差大幅降低到5%。

本文引用地址：http://www.eepw.com.cn/article/178917.htm

图4. 两相均流控制的效果：（上图）启用均流控制；（下图）禁用均流控制。
总而言之，交错式操作能够提供单相设计所不具备的优点。使用数字电源管理可以进一步扩大交错式操作的好处。数字控制还能实现简单的均流方案。
作者简介
Yang Qiu (yang.qiu@analog.com)是位于美国加利福尼亚州圣何塞的ADI公司高级应用工程师。他拥有中国北京清华大学电气工程学士学位和硕士学位，以及美国弗吉尼亚州布莱克斯堡弗吉尼亚理工学院电源电子系统中心(CPES)授予的博士学位。