淺談降壓型變換器的設(shè)計(jì)應(yīng)用

1、淺談降壓型變換雅的設(shè)計(jì)應(yīng)用通信系統(tǒng)是用以完成信息傳輸過(guò)程的技術(shù)系統(tǒng)的總稱?，F(xiàn)代通信系統(tǒng)主要借助屯磁波在自由空間的傳播 或在導(dǎo)引媒體中的傳輸機(jī)理來(lái)實(shí)現(xiàn)，前者稱為無(wú)線通信系統(tǒng)，后者稱為冇線通信系統(tǒng)。用以完成信息傳輸 過(guò)程的技術(shù)系統(tǒng)的總稱。現(xiàn)代通信系統(tǒng)主耍借助電磁波在自由空間的傳播或在導(dǎo)引媒體中的傳輸機(jī)理來(lái)實(shí) 現(xiàn)，前者稱為無(wú)線通信系統(tǒng)，后者稱為有線通信系統(tǒng)。當(dāng)電磁波的波長(zhǎng)達(dá)到光波范圍時(shí)，這樣的電信系統(tǒng) 特稱為光通信系統(tǒng)，其他電磁波范用的通信系統(tǒng)則稱為電磁通信系統(tǒng)，簡(jiǎn)稱為電信系統(tǒng)。山于光的導(dǎo)引媒 體采用特制的玻璃纖維，因此冇線光通信系統(tǒng)又稱光纖通信系統(tǒng)。i般屯磁波的導(dǎo)引媒體是導(dǎo)線，按其具 體結(jié)構(gòu)可分為

2、電纜通信系統(tǒng)和明線通信系統(tǒng)；無(wú)線電信系統(tǒng)按其屯磁波的波長(zhǎng)則冇微波通信系統(tǒng)與短波通 信系統(tǒng)z分。另一方而，按照通信業(yè)務(wù)的不同，通信系統(tǒng)乂可分為電話通信系統(tǒng)、數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)、傳真通 信系統(tǒng)和圖像通信系統(tǒng)等。由于人們對(duì)通信的容量要求越來(lái)越高，對(duì)通信的業(yè)務(wù)要求越來(lái)越多樣化，所以 通信系統(tǒng)正迅速向著寬帶化方向發(fā)展，而光纖通信系統(tǒng)將在通信網(wǎng)屮發(fā)揮越來(lái)越重要的作用。日前,通訊系統(tǒng)要求越來(lái)越快的處理速度，其內(nèi)部專用集成芯片、處理器單元等電路消耗的屯流也越 來(lái)越人。同時(shí)，為減小系統(tǒng)的體積和尺寸，內(nèi)部的低壓人電流的dc/dc變換器不斷向?yàn)轭l、為密度方向 發(fā)展。頻率的提高帶來(lái)了系統(tǒng)變換效率的降低。此外，世界范圍內(nèi)的能

3、源危機(jī)和環(huán)境污染提出了節(jié)能減排 的要求，因此，基于高頻的變換器必須采用新型的器件，以保證系統(tǒng)既能工作在高頻下，實(shí)現(xiàn)小尺寸小體 積，又能提高系統(tǒng)的整體效率，達(dá)到節(jié)能減排的目的。降壓型變換器工作特點(diǎn)在通訊系統(tǒng)的系統(tǒng)板上，前級(jí)通常是從-48v電源通過(guò)隔離電源或電源模塊得到12v或24v輸出，也 有采用3.3或5v輸岀。h前基t atca的通訊系統(tǒng)大多采用12v的中間母線架構(gòu)，然厲再由降壓型變換 器將 12v 向下轉(zhuǎn)換為 3.3、5v25v、1.8v、1.25v 等多種不同的電壓oatcac advanced telecom computing architecture)標(biāo)準(zhǔn)即先進(jìn)的電信計(jì)算平臺(tái)，它脫

4、胎于在電信、航天、工業(yè)控制、醫(yī)療器械、智能交通、軍 事裝備等領(lǐng)域應(yīng)用廣泛的新一代主流t業(yè)計(jì)算技術(shù)compactpci標(biāo)準(zhǔn)。是為下一代融合通信及數(shù)據(jù)網(wǎng) 絡(luò)應(yīng)用提供的一個(gè)高性價(jià)比的，基于模塊化結(jié)構(gòu)的、兼容的、并可擴(kuò)展的碩件構(gòu)架。正是為滿足這些需求 而專門設(shè)計(jì)，更大的板卡尺寸和有效的散熱使系統(tǒng)支持更高的運(yùn)算能力；多種高性能交換互連技術(shù)帶來(lái)高 數(shù)據(jù)帶寬并實(shí)現(xiàn)控制與數(shù)據(jù)流量的分離；運(yùn)營(yíng)級(jí)的一個(gè)特點(diǎn)是下一代電信網(wǎng)所要求的5個(gè)9的高可靠性, ifu atca平臺(tái)的模塊化和可擴(kuò)展性提供了直接的升級(jí)通道，方便了業(yè)務(wù)擴(kuò)展。這也就不難理解，為什么 atca作為picmg標(biāo)準(zhǔn)被公布以來(lái)，儀經(jīng)過(guò)了不到三年的時(shí)間，就己經(jīng)

5、從標(biāo)準(zhǔn)的認(rèn)識(shí)階段轉(zhuǎn)變成被多數(shù) 主流廠商所接受的階段。對(duì)于降壓型變換器，有以下的公式：vo=donxvi n其屮，為占空比。當(dāng)輸入電壓較烏時(shí)，占空比就小。因此，當(dāng)輸入電壓高，而輸入電壓較低，即輸入 輸出的屯壓差較大時(shí)，在一個(gè)開關(guān)周期，上部主功率開關(guān)管導(dǎo)通的時(shí)間將減小，而下部續(xù)流開關(guān)管導(dǎo)通的 時(shí)間將延長(zhǎng)。圖1為上部mosfet管和下部mosfet管的工作波形，陰影為產(chǎn)生開關(guān)損耗的部分。(a) 上管的開關(guān)波形(b) 下管的開關(guān)波形(a)上管的開關(guān)波形"ds(b)下管的開關(guān)波形b 1:降艇39隠mosfkt管的工作渡形上部mosfet管在開關(guān)的瞬態(tài)過(guò)程中產(chǎn)生嘰顯的開關(guān)損耗，同時(shí)mosfet導(dǎo)

6、通電阻rds (on)也將 產(chǎn)生的導(dǎo)通損耗。平均導(dǎo)通損耗與占空比和導(dǎo)通電阻rds (on)成止比。對(duì)于基于atca的通訊系統(tǒng)，其 輸入電壓為12v,輸入輸出的電壓差大，占空比小，因此導(dǎo)通損耗相對(duì)較小，而開關(guān)損耗占較大比例。開 關(guān)損耗主要與開關(guān)頻率及mosfet在開關(guān)過(guò)程中持續(xù)的時(shí)間成正比。開關(guān)持續(xù)的時(shí)間與mosfet漏柵極 的米勒屯容玄接柑關(guān)。米勒電容小，開關(guān)持續(xù)時(shí)間短，則開關(guān)損耗低。因此，對(duì)于上部mosfet管的功率 損耗，必須同時(shí)考慮開關(guān)損耗和導(dǎo)通損耗。為降低導(dǎo)通電ml rds (on) , mosfet通常要采用更大而積的 晶圓，這樣就可以得到更多的小單元，多個(gè)小單元并聯(lián)后的總導(dǎo)通電阻r

7、ds (on)就更低。從波形可以看到，對(duì)于下部mosfet管在開關(guān)的瞬態(tài)過(guò)程屮，沒有產(chǎn)生明顯的開關(guān)損耗。通簾 mosfet的關(guān)斷是一個(gè)自然的0電壓的關(guān)斷，因?yàn)樵趍osfet的漏極和源極冇一個(gè)寄生的電容。山于電 容的屯壓不能突變，所以在關(guān)斷的過(guò)程瞬態(tài)過(guò)程中，漏極和源極電壓兒乎為0。這樣在關(guān)斷的過(guò)程中，電 壓與電流的乘積也就是關(guān)斷的功耗為0。為防止上下管直通，同步降壓型變換器的上下管通常有一個(gè)死區(qū)時(shí)間。在死區(qū)的時(shí)間內(nèi)，上下管溝保 證關(guān)斷。當(dāng)上管關(guān)斷后，曲于輸出電感的電流不能突變，必須維持原來(lái)的方向流動(dòng)，所以下部功率mosfet 內(nèi)部寄生二極管導(dǎo)通。寄生二極管導(dǎo)通后，下部mosfet的漏極和源極的電

8、壓為二極管的正向壓降，幾乎 為0,因此在寄生二極管導(dǎo)通后，mosfet再導(dǎo)通，其導(dǎo)通是0電壓的導(dǎo)通，開通損耗為兒乎0。這樣下 管是一個(gè)0電壓的開關(guān)，開關(guān)損耗兒乎0。此外，為減小在死區(qū)時(shí)間內(nèi)體內(nèi)寄生二極管產(chǎn)生的正向壓降功耗和反向恢復(fù)帶來(lái)的功耗，通常會(huì)并聯(lián) 一個(gè)正向壓降低、反向恢復(fù)時(shí)間短的肖特基二極管。過(guò)去主要是在下管mosfet的外部并聯(lián)一個(gè)肖特基二 極管，現(xiàn)在通當(dāng)將肖特基二極管集成在下部mosfet管內(nèi)部。起初是將一個(gè)單獨(dú)的肖特基二極管和一個(gè) mosfet ii裝在一起，后來(lái)是將它們做在一個(gè)晶圓上。將一個(gè)晶圓分成二個(gè)區(qū)，一個(gè)區(qū)做mosfet, 一 個(gè)區(qū)做肖特基二極管。二極管具有負(fù)溫度系數(shù)，并聯(lián)工作不太容易。在一個(gè)晶