高频率运作的开关电源

高频率运作的开关电源(SMPS)允许运用小型无源组件,而硬开关形式则会惹起开关损耗增大,为了降低高开关频率下的开关损耗,业界开发了诸多软开关技术,其中负载谐振技术和零电压转换技术都取得普遍运用。
      负载谐振技术应用电容和电感在整个开关期间的谐振特性,使得开关频率随着输入电压和负载电流而变化。开关频率的改动,如脉冲频率调制 (PFM) 给含有输入滤波器的SMPS 设计人员带来了艰难。由于这里没有用于滤波的输出电感,所以输出整流二极管两端的钳制电压允许设计人员选择低额定电压二极管。但是,当负载电流增加时,输出电感的缺位给输出电容带来了担负,因此负载谐振技术不适用于具有高输出电流和低输出电压的应用。另一方面,零电压转换技术应用的是电路寄生成分仅在开关开启和关断转换霎时才呈现的谐振特性。这些技术的优势之一是应用了寄生组件如主变压器的漏电感和开关的输出电容,因此无需添加更多的外部组件来完成软开关。此外,这些技术运用具有固定开关频率的脉宽调制(PWM)技术,因此,这些技术相比负载谐振技术更易于了解、剖析和设计。

     由于非对称PWM半桥转换用具有简单配置和零电压开关(ZVS)特性,因而是运用零电压转换技术的最常见拓扑之一。不只如此,相比负载谐振拓扑如LLC转换器,非对称PWM半桥转换用具有一个输出电感,其输出电流的纹波成分小得能够由一个恰当的输出电容来处置。由于易于剖析和设计,且具有一个输出电感,所以非对称PWM半桥转换器通常用于具有高输出电流和低输出电压的应用如PC电源和效劳器电源。为了更好地处置输出电流,常常在次级端运用一个同步整流器,由于传导损耗可作为替代二极管损耗的电阻损耗。相比LLC转换器,完成用于非对称半桥转换器的同步整流器驱动器更为便利,此外,电流倍增器是增加主变压器在高输出电流下的应用率的常用计划。
    本文描绘带有电流倍增器和同步整流器的非对称PWM半桥转换器的普遍特性,并罗列一个示例及某些实验结果,该示例运用针对非对称受控拓扑的功率开关。
     带有电流倍增器和同步整流器的非对称PWM半桥转换器的优势
    关于具有低输出电压和高输出电流的应用,普遍运用电流倍增器。图1所示为处于次级端带有电流倍增器的非对称PWM半桥转换器,次级线圈是单端配置而输出电感分为两个较小的电感。为了进步总体效率,运用具有低RDS(ON)的MOSFET构成的同步整流器 (Synchronous Rectifier, SR)。与传统的中心抽头式(center-tapped)配置相比,电流倍增用具有多项优势:首先,励磁电流的DC成分小于或等于中心抽头式配置的 DC 成分,因此变压器能够运用较小的磁芯。当每个输出电感承当负载电流的一半时,励磁电流与中心抽头式配置类似。假如输出电感承当的负载电流不平衡,励磁电流就会减少。其次,次级线圈电流的平方根值(root-mean-square, RMS)小于中心抽头式配置,这是由于简直一半的负载电流流经各个输出电感。鉴于此,次级线圈的电流密度低,能够运用相同的磁芯和相同的线材规格。第三,其绕组自身较中心抽头式计划简单,特别值得关注的是由于变压器线引脚数量的限制,可用于多输出应用。第四,能够更便利、有效地从输出电感获取SR的栅极信号,由于初级线圈匝数足够多而变压器次级线圈匝数只要少许,可从输出电感随便获取恰当的栅极电压,如10V和20V之间的电压。此外,单独的输出电感将会减轻更大磁芯的本钱担负。鉴于上述数项优势,电流倍增器是高输出电流应用的最常用拓扑之一。


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