全橋硬開關(guān)ZVS同步整流創(chuàng)造轉(zhuǎn)換效率的高峰

1、全橋硬開關(guān)ZVS ZCS同步整流創(chuàng)造DC/DC效率的高峰在了解美國(guó)優(yōu)秀DC/DC制造商的產(chǎn)品及技術(shù)時(shí)，發(fā)現(xiàn)銀河公司 (Galaxy power)的DC/DC給出了最高的轉(zhuǎn)換效率。我們測(cè)試了它 的工作波形，并且畫出了它的等效電路，測(cè)試轉(zhuǎn)換效率，在48V輸 入時(shí)，高達(dá)94%以上。下面給出其原理電路和工作波形。見圖1和圖2。CtCHm-圖1 Galaxy公司150W半磚DC/DC變換器原理電路圖2工作波形圖經(jīng)過對(duì)電路的分析，對(duì)照，我們總結(jié)出下面若干條技術(shù)特色。1.初級(jí)側(cè)硬開關(guān)全橋電路拓?fù)?，PWM IC為UCC3808A，四只功率MOSFET為VISHAY公司最優(yōu)秀的MOSFET為Si4480,耐壓8

2、0V,導(dǎo)通電阻9mQ ,開關(guān)速度為30ns,工作頻率200khz。從Vin+Vin回路中沒有設(shè)置電流取樣回路。從而沒有取樣電阻的損耗。次級(jí)側(cè)采用ZVS ZCS同步整流，驅(qū)動(dòng)信號(hào)由UCC3808A給出， 經(jīng)高速光耦傳至二次側(cè)，同步整流MOSFET為Si4840導(dǎo)通電阻為 3m。，每側(cè)四只并聯(lián)共計(jì)8只，同步整流只有導(dǎo)通損耗及驅(qū)動(dòng)損 耗。變壓器及輸出濾波電感體積取得較大。磁密，電密都較低。大 電流為銅片組成的繞組。絕緣層占的磁心窗口面積很小，大部分 為導(dǎo)體。采用了小型8引線的微處理器，型號(hào)為MICROCHIP公司的 PIC12C671小MCU,該芯片為SO-8封裝，它控制了輸入過壓，欠 壓關(guān)斷，輸出

3、過流保護(hù)，輸出短路保護(hù)，輸出過壓保護(hù)以及半磚 DC/DC的過熱保護(hù)。ON/OFF端的控制也由小MCU完成，但外 圍元件很少。從其中我們看到如下幾點(diǎn)：對(duì)電壓較高電流較小時(shí)，加上最新科技的MOSFET，硬開關(guān) 狀態(tài)損耗并不大。對(duì)低電壓大電流(5V 30A 150W)時(shí)，軟開關(guān)的同步整流效果 十分明顯，對(duì)效率的提升起到了很大作用。MOSFET的三大技術(shù)指標(biāo)，導(dǎo)通電阻，柵驅(qū)動(dòng)電荷及開關(guān)速 度是最大的影響效率的因素。優(yōu)秀的MOSFET不僅導(dǎo)通電阻極低， 而且柵驅(qū)動(dòng)電平低，電荷少，開關(guān)速度快，是提升轉(zhuǎn)換效率之關(guān) 鍵因素。在電路拓?fù)涔β试即_定之后，變壓器及電感的損耗已經(jīng)占 到總損耗的70%，如何降低這部

4、分損耗已經(jīng)是目前提升DC/DC轉(zhuǎn) 換效率的關(guān)鍵。增加MCU的管理及控制對(duì)提高DC/DC各項(xiàng)性能，降低損耗 也有至關(guān)重要作用。在本例中，除去PWM的閉環(huán)外，MCU參與 了其他全部工作，軟件編好寫入之后，無法作簡(jiǎn)單的技術(shù)抄襲， 利于技術(shù)保密。MOSFET統(tǒng)統(tǒng)由SO-8式功率封裝組成，熱分布十分均勻，紅 外掃描圖驗(yàn)證了這個(gè)結(jié)論。這種零電壓零電流模式的同步整流在 ERICSSON的大功率 DC/DC中也得到了采用，但是它的ZVS,ZCS同步整流信號(hào)系采用小 型信號(hào)變壓器來傳輸?shù)摹＿@種方式簡(jiǎn)單易行，成本低廉，關(guān)鍵是要調(diào) 好小型的R,C積分電路，以便控制好同步整流驅(qū)動(dòng)所需要的脈沖寬 度，以便確保同步整流電

5、路工作在ZVS,ZCS的條件下。根據(jù)這樣的電路拓?fù)浼皹?gòu)想，凌利爾特公司設(shè)計(jì)出一顆能更準(zhǔn)確 更簡(jiǎn)單地控制同步整流的 PWM IC這就是在2003.12問世的 LTC3723-1及LTC3723-2。它既可以驅(qū)動(dòng)推挽電路，也可以通過半橋 式驅(qū)動(dòng)器來驅(qū)動(dòng)半橋變換器或全橋變換器。（見圖3 ）Rff.LDOA:.HIRLESHUTDOWN CURRENTPULSE-BPULSEGURHENT LIMITPULSE WIDTH kCtLUJiTOR圖3 LTC3723-1/-2功能方框圖它包含了雙輸出驅(qū)動(dòng)IC的所有共有的特點(diǎn)，如低啟動(dòng)電流及靜 態(tài)工作電流，單一CT定頻率，單一電阻做斜波補(bǔ)償，軟啟動(dòng)，逐個(gè)

6、電流限制，打嗝式短路保護(hù)，等等。但最重要最突出的是調(diào)節(jié)兩輸出 的死區(qū)時(shí)間及同步整流的延時(shí)調(diào)節(jié)。這樣大幅度減少了外接元件數(shù)， 特別是調(diào)節(jié)ZVS ZCS同步整流功能的元件數(shù)及時(shí)序的準(zhǔn)確性，從而 達(dá)到了與Galaxy公司同樣的技術(shù)水平。此外由于電流型及電壓型各 有優(yōu)缺點(diǎn)，因此給出兩種類型控制IC。電流型-1為峰值電流型控制， 可準(zhǔn)確調(diào)節(jié)斜波補(bǔ)償及前沿消隱。而電壓型-2則給出很好的電壓前饋 能力。下面僅就其特色部分詳細(xì)說明。LTC3723-1衰減comp端子上 的電壓并將其與開關(guān)周期末端的電流檢測(cè)信號(hào)相比較，而LTC3723-2 則將comp端子上的電壓同周期末端定時(shí)電容上的斜波電壓相比較， LTC3

7、723-2的CT波形可用于此目的。如果CS上的電壓超過300mv， 則現(xiàn)行周期即刻終止。如果CS上的電壓超過600mv，則兩輸出全部終止，并重新軟啟動(dòng)。LTC3723-1/-2的最大特色還在于它對(duì)二次側(cè)同步整流驅(qū)動(dòng)信號(hào) 的控制，它能精確地保證二次側(cè)同步整流在ZVS ZCS條件下進(jìn)行。 從SPRG端到GND接一個(gè)電阻調(diào)節(jié)同步整流驅(qū)動(dòng)脈沖的關(guān)斷延遲。 其他如放大器UVLO調(diào)節(jié)等都是常規(guī)的。此處不多敘述。LTC3723-1/-2的兩輸出驅(qū)動(dòng)之間的死區(qū)時(shí)間由DPRG端接一電 阻到Vref來調(diào)節(jié)，調(diào)節(jié)范圍為90ns到300ns。圖4給出LTC3723-1控制的推挽實(shí)用電路，而圖5給出LTC3721-2

8、控制的全橋ZVS ZCS同步整流實(shí)用電路。它的效率也達(dá)到了94%以 上。LO.F RTOP0U120UT1*1CKIM1ermGHD1LTCISCS-ICSaC14:T PS 削做魅 SRQ1WC34: MURA.TA DEZE3KHS221VB3B C3S, C3& CM:洲叫 67PEM71QH CW.D女 DIODES rJC：. UHBDM4 D12,&14:BJLES1 015,017,02 EATM皿網(wǎng)L4：CDILHJUTL5: SUMI：Li.i：F1 薄dRSHC 芍 0 LG: PULSE PA1SM.G5CI Qlj.OliZETEFWTTii g： FMVTT3W4 g

9、： FzrezeT1: ERHS TRUMSR訊ER TTlfi T2: PULSE PjMZejr圖4 LT3723-1推挽電路SHD FtMDDK/ADHVB=4ZF5DRAreLTC3 商 E3H-1ry/F*F日gT SPR(3 RLEBSS DH%曳EF1|if, 1WCTDK市*1 虹州CljCSSAHTOICTOCJIM 舊:盼TPS&圖砌OflCHSD 國(guó):MUHGH#KM5E22K在 DZOCES IMC. EB1B D弘:aEZI DT, M: R伽22徊 L4: COILCflAFr M1&MC-iaE L GOILCflAH H1M3M51HC lie RJLSEPA12!M.1OR FMWS ETQP1H1ROBFA R1.R2:IRCLA12H T1: HJLSE PASSiHJXM圖5 LTC3723的全橋電路從這里我們可以看出，在MOSFET技術(shù)水平已