交叉级联正激式同步整流拓朴实现DC-DC变换器

　　由图可见，交叉级联正激变换电路拓扑的二次侧没有输出滤波电感线圈，单级式变换器则必须有输出滤波电感线圈。单级变换器设计时必须兼顾输出滤波电感中电流的断续模式(DCM)和连续模式(CCM),电感值的选定不但理论计算复杂，而且需要实验校验。交叉级联正激变换电路拓扑中的隔离级采用电流前馈技术，输出滤波电感不需要流过全部输出电流。特别是对低压大电流输出而言，输出级不会因输出电流的增加而发生难以预料的变化，这是该电路拓朴的主要优点。因此，当系统设计需按比例变化，特别是按输出电压及输出电流变化时由于输出电流的变化在一次侧隔离级的输入电流中已有反映，亦即所谓电流前馈，这样滤波电感线圈的损耗大大降低，从而也提高了变换器的效率。

　　3 设计实例和实验结果

　　应用 上 述 设计思路，我们设计了一台用于通信设备的DC -DC半砖电源。具体技术指标如下:输入 电压 DC3 5-75V:输出电压DC3 .3V/30A;输出功率100W;效率92% (TYPICA );电压调整率士0.1%;负载调整率士0.1%;隔离电压1 500V,,5;保护要求是过压、过流、过温等。

　　图 3所 示 为采用交叉级联正激变换电路设计的通信设备专用DC-DC半砖电源原理图。工作原理如下，R,, R2. D,, Q,, D:和C:组成自举启动电路，得到启动电压Vc分别给ICI,I C2和IC3供电。电路启动后，T,的辅助绕组经D3整流，C3平滑滤波后为IC提供电压VD，因VD电压高于Vc，二极管D2反偏，Q、的供电关闭，达到启动电路无功耗的目的。IC:的脚6输出方波信号，一路直接送到ICl的脚5，另一路经Q2倒相后送到IC:的脚6作为IC,的输入信号。IC，的脚3和脚8输出相位相差180“的方波脉冲信号，分别驱动MOSFETQ 31 Q 4- Q3 Q 4 L 2等组成高效率的同步降压级，降压级的占空比保持在30-60%. IC3.QsQ6T.等组成交叉级联正激式隔离级，达到DC-DC最终的输出电压。马、DS为变压器T，的磁复位绕组。由于降压级已将变化范围较宽的输入电压严密调整为中间总线电压，因此隔离级不需调压。交叉级联正激变换器都工作在50%的占空比，可以采用VDS为100V的MOSFET. Q7, Q:等组成自偏置式同步整流电路，因隔离级的输出电压是固定的，所以同步整流MOSFET漏极的输入电压也是固定的，占空比也为50%，可以使用VDS很低的MOSFET(本例中采用的是VDS为12V的MOSFET，损耗最低)因功耗引起的发热问题均可以方便解决。因输入电压固定，多出电压时，能够方便地实现高电压调整率和高负载调整率，单级变换器很难做到此点。其他电路功能(如过流、过压、过温度保护等)不再一一阐述。经测量该电路的工作效率约在92%左右，达到预定的设计要求，并且调试较简单，为今后的批量生产奠定了基础。

　　4 结束语

　　交叉 级 联正激式变换器，电路组成稍微复杂，但能平坦分配各级损耗达到整体功耗最小，从而可在更高的环境温度下工作。较低的功耗，意味着更高的效率;工作环境温度高，意味着散热处理能力强和输出电流大。而可用输出电流成本的降低，预示着系统长期可靠性会更好。我们的实践表明交叉级联正激式同步整流拓朴确实是一种非常有前景的功率变换结构。各项指标优于相同的单级变换器。