低压大电流DC/DC变换器拓扑分析

　　带倍流整流的桥式变换器是近期提出的一种适用于低压大电流的拓扑。它虽然不需要额外的磁复位电路，但它在结构上较为复杂。比较图4 与图6 可看出，在变压器初级，它比正激式变换器多了一个开关管和两个电容；在次级则多了一个电感。相对正激式而言，其主要问题在于： ①必须采取合适的方法来防止磁芯的饱和； ②对于倍流整流电路，其最大的问题在于共态导通而导致的短路问题，其后果极其严重； ③半桥式变换器的两个MOSFET 也容易出现连通现象而引起短路； ④在开关转换过程中，高电压大电流的重叠现象会使电路的效率降低。

图6 带倍流整流的半桥式变换器结构图

　　对于第4 个问题，因为采用开关速度较快的晶体管并不能完全解决问题，必须采用加速关断技术，并且在开通和关断时间的配合上进行优化，才能使效率进一步提高。前3 个问题是可以得到解决的，例如在变压器初级串联一个适当的电容就可以解决第一个问题；设定一定的死区，在变压器次级电压不为零的时间内保证了两个整流管不同时导通就可以解决第二个问题；设定两个功率管的死区，保证其在任意的时间内不同时导通就可以解决第3 个问题。

　　这种变换器虽有不足，但其优点是明显的： ①半桥式变换器的变压器工作于一、三象限，其效率比正激式的高出一半以上； ②它能承受更高的功率，在200~500W 之间； ③它不需要额外的磁复位电路；④次级倍流整流电路相对正激式电路来说，在相同纹波条件下，所需要的滤波电感之和更小，同时其动态响应速度得到提高； ⑤在同样的输出电流下，在初级功率管都关断的死区时间内，整流管的损耗比正激式的大大减小了。

　　如前所述，当前的研究主要是解决整流管在开关转换过程中出现的高电压大电流的重叠现象，对此，驱动方式是至关重要的。图7 列举了3 种可行的驱动方式[5 ] .但是，这3 种方式并没有使开关时间最优化。理想的方法是从效率角度考虑，分析电路效率与整流管关断及功率管开通的时间配合关系曲线，然后再选择适合的驱动方式。

　　在实验中[5 ]采用附加绕组驱动方法后，带倍流整流半桥的变换器在输入为4 8V ,输出为1 . 2~1. 65V/ 60~70A 情况下，最大效率超过84. 5 %.

图7 带倍流整流的桥式变换器中同步整流管的3 种驱动方式

　　5 推挽-正激式变换器

　　就常规推挽式结构来说，因功率开关管集电极应力两倍于输入电压，而且其主变压器的初级利用率亦不如半桥和全桥，其输出电压随输入电压和负载变化而变化，故它适合在更低的输入电压下工作。在输入为48V 条件下，其性能不如桥式结构。

　　文献[ 6 ]提出了新型的推挽正激式的结构，如图8 所示。这个变换器工作在一、三两个象限，所以其控制相对简单并且瞬态响应速度快。这个变换器也适用于低压大电流输出的情况。其整流管的驱动方式与带倍流整流的桥式结构是相似的。这种变换器在输入为48V、输出为1. 2V/ 60A 情况下，最大效率可达83. 6 %以上。

图8 新型推挽2正激式变换器结构图

　　6 结束语

　　在各种基本电路拓扑的组合中，适合于低压大电流输出的优化结构是以上3 种典型变换器拓扑正激式结构、带倍流整流的桥式结构和推挽2正--激式结构。在所有采用了同步整流技术的低压大电流变换器中，存在的一个共同问题就是整流管的反向恢复问题。必须结合拓扑、整流管特性和驱动方式等方面对整流管的开关时间进行优化，才能使上述问题得到合理解决。