交叉级联正激式同步整流变换电路详解
eeskill 2022-09-23

1 概述

DC-DC变换器是开关电源的核心组成部份,常用的正激式和反激式电路拓朴。常规正 激式变换器的功率处理电路只有一级,存在MOSFET功率开关电压应力大,特别是当二次侧采用自偏置同步整流方式,输入电压变化范围较宽,如输入电压为75V时,存在栅极偏置电压过高,甚至有可能因栅压太高而损坏同步整流MOSFET的危险。而且当输出电流较大时,输出电感上的损耗将大大增加,严重地影响了效率的提升。使用交叉级联正激式同步整流变换电路,不但输出滤波电感线圈可省去,实现高效率、高可靠DC-DC变换器,达到最佳同步整流效果。

2 基本技术

2.1交叉级联正激变换原理

交叉 级 联变换的拓朴如图1所示,前级用于稳压,后级用于隔离的两级交叉级联的正激变换器组成的同步降压变换器。为了实现宽输入电压范围及隔离级恒定的电压输入,前后两级正激变换都应在最佳的目标下工作,从而确保由它所组成的高效率同步降压变换器能接收整个35-75V通信用输入电压范围,并将它变换为严格调整的中间25V总线电压。实际中 间总线电压由隔离级的需要预置,取决于隔离级的变比。中间电压较高时,可以采用较小的降压电感值和较低的电感电流,因而损耗也少。整个降压级的占空比保持在30^'60%,可协助平衡前后两级正激变换的损耗。为使性能最佳,并使开关损耗降至最小,开关频率的典型值为240k-300kHz;由于使用低通态电阻(RDS(on))的MOSFET,导通损耗比较小。传统的单级变换器主开关必需使用至少200V以上的MOSFET,其RDS(on)等参数显著增加,必然意味着损耗增加,效率下降。交叉级联正激变换拓扑的简化原理图如图1所示。

2.2同步整流技术

众所周 知,普通二极管的正向压降为1V,肖特基二极管的正向压降为0.5V,采用普通二极管和肖特基二极管作整流元件,大电流情况下,整流元件自身的功耗非常可观。相比之下,如果采用功率MOSFET作整流元件,则当MOSFET的栅源极施加的驱动电压超过其闽值电压,MOSFET即进入导通状态,无论从漏极到源极或从源极到漏极,均可传导电流。导通电流在MOSFET上产生的压降仅与MOSFET的沟道电阻成比例关系,n个MOSFET并联时,压降可降为单个MOSFET的1/ n。因此,理论上由整流元件压降产生的损耗可人为的降到最小。同步整流(SynchronousRecTIfy,缩写为SR)正是利用MOSFET等有源器件的这种特性进行整流的一项技术。

采用功 率 MOSFET实施SR的主要损耗为:

导通损耗:

开通损耗:

关断损耗:

驱动损耗:

式中 I 为 正向电流有效值,RDS(on)为通态电阻,fS为开关频率,CGSS为输入电容,Coss为输出电容,D为占空比。可见 ,正 向导通损耗与RDS(on)成正比。不同VDS的MOSFET, RDS(on)往往可相差几个数量级,所以相同电路拓扑中采用100V MOSFET的损耗比采用200VMOSFET明显要低。考虑到低VDS的MOSFET比高VDS MOSFET的Coss要小,据关断损耗式,表明低VDSMOSFET的关断损耗也小。驱动损耗式为开关过程中输入电容充放电引起的损耗,该损耗与栅一源驱动电压的平方成正比。由于采用了两级变换器,对隔离级来说,因稳压级己经将较宽的输入电压稳在固定的中间总线电压上,变压器的变比可以达到最佳。

MOSFET的正向通态电阻RDS(on)以及输入电容是固定的,驱动损耗只与驱动电压的平方成正比关系。总之,采用两级变换器可使正向导通损耗,驱动损耗等减到最小程度。此外, 交叉级联正激变换电路拓扑中,输出级同步整流MOSFET所需电压仅为输出电压的两倍,再加上1.2倍的保险系数,器件的耐压只是输出电压的2.4倍,远小于传统单级变换器解决方案需要达到输出电压4-10倍的要求。这样采用交叉级联正激变换电路拓扑的两级变换器,便可使用低压、低RDS(on,的MOSFET来实现极低的输出级导通损耗。两级变换器还采用了并联MOSFET的输出,得到更低的RDS(on)以及更低的损耗。在系统整体设计的时候,只要元件热分布合理,装置的使用寿命和可靠性必将有极大提高。

声明: 本文转载自其它媒体或授权刊载,目的在于信息传递,并不代表本站赞同其观点和对其真实性负责,如有新闻稿件和图片作品的内容、版权以及其它问题的,请联系我们及时删除。(联系我们,邮箱:evan.li@aspencore.com )
0
评论
  • 【7.24 深圳】2025国际AI+IoT生态发展大会/2025全球 MCU及嵌入式技术论坛


  • 相关技术文库
  • 电源
  • DC
  • AC
  • 稳压
  • 什么是整流器?整流器的工作原理是什么?

    整流器是常用设备之一,通过整流器,我们能够对电流类型加以转换。为增进大家对整流器的认识,本文将对整流器、整流器的工作原理予以介绍。如果你对整流器或者整流器的相关知识具有兴趣,不妨和小编继续往下阅读哦...

    昨天
  • 干式变压器有何优缺点?干式变压器的应用+保护方式介绍

    干式变压器具备很强的应用意义,为增进大家对干式变压器的认识,本文将基于三点介绍干式变压器:1.干式变压器的优缺点,2.干式变压器的应用领域,3.干式变压器的保护方式。如果你对干式变压器具有兴趣,不妨继续往...

    昨天
  • 你了解干式变压器的冷却结构吗?干式变压器如何冷却?

    干式变压器在工业中具有很多的应用场景,对于干式变压器,我们有必要对它有所认识。为增进大家对干式变压器的了解程度,本文将基于两点介绍干式变压器:1.干式变压器的冷却结构,2.干式变压器的冷却方式介绍。如果...

    昨天
  • 干式变压器正常温度是多少?干式变压器有何安装规范?

    干式变压器是变压器类型之一,任何一款器件都有它的适用范围,干式变压器也不例外。为保证干式变压器的正常适用,本文将对干式变压器的正常温度予以介绍。此外,本文还将介绍干式变压器的安装规范。如果你对干式变...

    昨天
  • 为何要发展电源管理芯片?如何选择电源管理芯片?

    芯片的重要性不言而喻,我国目前在芯片方面的成就还未达到世界巅峰。但是,小编相信中国的芯片水平将会领先世界。为增进大家对芯片的了解,本文将对电源管理芯片予以解读。本文中,你将对电源管理芯片的发展必要性...

    前天
  • 全方位了解存储,你知道的存储介质有哪些?

    存储是非常重要的技术,基于存储技术,我们可以将数据存储在存储设备上。那么对于存储设备而言,有哪些因素对它而言是十分重要的呢?其中一个,便是存储介质。为增进大家对存储的认识,本文将对存储介质予以介绍。如...

    07-07
  • 了解过分布式光伏逆变器吗?不同光伏逆变器有何优缺点?

    逆变器,已是一个老生常谈的话题。因此,就机械等相关专业的朋友,对于逆变器通常都较为了解。为增进大家对逆变器的认识,本文将对光伏逆变器、组串式逆变器、分布式逆变器等内容予以介绍。如果你对逆变器相关内容...

    07-07
  • 一步步了解检测技术,什么是声发射检测?

    检测的重要性不言而喻,我们通过检测,可以对很多电子器件进行检测,以判断电子器件是否存在一些缺陷。为增进大家对检测的认识,本文将对声发射检测技术予以介绍。如果你对检测技术具有兴趣,不妨同小编一起来阅读...

    07-07
  • 变压器规格型号容量

    一般常用变压器的型号可归纳如下 : 1、按相数分: (1)单相变压器:用于单相负荷和三相变压器组。 (2)三相变压器:用于三相系统的升、降电压。 2、按冷却方式分: (1)干式变压器:依靠空气对流进行自然冷却或增加风机冷却...

    07-04
  • 干式变压器有哪些分类?干式变压器性能特点介绍

    干式变压器是变压器类型之一,但是,很多朋友对干式变压器却并非十分了解。为增进大家对干式变压器的认识,本文将对干式变压器的分类、干式变压器的性能特点、干式变压器的应用领域予以介绍。如果你对干式变压器具...

    07-03
  • UPS电源内部结构解析,大佬带你看UPS电源防雷误区

    UPS电源,也就是我们常说的不间断电源。通常情况下,UPS电源都带有保护作用。为增加大家对UPS电源的认识,本文将对UPS电源的内部结构以及UPS电源的防雷误区予以介绍。如果你对UPS电源具有兴趣,不妨和小编一同往下...

    07-03
下载排行榜
更多
评测报告
更多
广告