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反激同步整流直流电源变换器设计

文章来源:稳压电源公司,时间:2017-09-01 15:57    点击量:

    引言低压大电流DC-DC模块直流电源一直占模块直流电源市场需求的一半左右,对其相关技术的研究有着重要的应用价值.模块直流电源的高效率是各厂家产品的亮点,也是业界追逐的重要目标之一.

反激同步整流直流电源变换器设计
    同步直流电源整流可有效减少直流电源整流损耗,与适当的直流电源电路设计拓扑结合,可得到低成本的高效率变换器.本文针对36V-75V输入,3.3V/15A输出的二次直流电源模块,在分析同步直流电源整流技术的基础上,根据同步直流电源整流的特点,选择出适合于自驱动同步直流电源整流的反激直流电源电路设计拓扑,进行了详细的直流电源电路设计分析和试验.

    反激同步直流电源整流基本的反激直流电源电路设计结构如图1.

    反激同步整流直流电源变换器设计图1 基本反激直流电源电路设计结构图其工作原理:主MOSFET Q1导通时,进行电能储存,这时可把变压器看成一个电感,原边绕组电流Ip上升斜率由dIp/dt=Vs/Lp决定,磁芯不饱和,则Ip 线性增加;磁芯内的磁感应强度将从Br增加到工作峰值Bm;Q1关断时,原边电流将降到零,副边直流电源整流管开通,感生电流将出现在副边;按功率恒定原则,副边安匝值与原边安匝值相等.

    在稳态时,开关导通期间,变压器内磁通增量△Φ应等于反激期间内的磁通变化量,即:

    △Φ=VsTon / Np=Vs'Toff / Ns从此式可见,如果磁通增量相等的工作点稳定建立时,变压器原边绕组每匝的伏-秒值必然等于副边每匝绕组的伏-秒值.

    由NMOSFET构成的反激同步直流电源整流自驱动直流电源电路设计结构图7 由NMOSFET构成的反激同步直流电源整流自驱动直流电源电路设计结构图8 由PMOSFET构成的反激同步直流电源整流自驱动直流电源电路设计结构第三种是半自驱.其驱动波形的上升或下降沿,一个是由主变压器提供的信号,另一个是独立的外驱动直流电源电路设计提供的信号.图9是针对自驱的负压问题,用单独的放电回路,提供同步直流电源整流管的关断信号,避开了自驱动负压放电的电压超标问题.

    反激同步直流电源整流半自驱直流电源电路设计结构图9 反激同步直流电源整流半自驱直流电源电路设计结构实验结果根据图7直流电源电路设计,设计了一台15W样机,输入电压36-75V,输出5V/3A,体积50mm/25mm/8.5mm.开关频率300kHz,磁心选用国产FEY12.5,变压器匝比3:1,磁心中柱气隙0.2mm.

    同步直流电源整流管选择的主要依据是:直流电源整流管导通电阻尽量小,电压和电流不超过直流电源整流管的电压和电流限值,这里选用Motorola公司的MTB75N05HD( Vds=50V,Rds=7mΩ)同步直流电源整流管的驱动波形如图10,为标准的矩形波.

    Vgs驱动波形,CH1同步直流电源整流管,CH2主开关管图10、Vgs驱动波形,CH1同步直流电源整流管,CH2主开关管Vds波形,CH1同步直流电源整流管,CH2主开关管图11、Vds波形,CH1同步直流电源整流管,CH2主开关管实测的效率曲线如下,低压满载时在87%以上.与萧特基二极管直流电源整流的典型效率82%相比,模块损耗减少了30%.

    直流电源 转换效率曲线图12直流电源 转换效率曲线结束语理论分析和样机验证,证明反激同步直流电源整流的的效率在低压输出条件下有明显的优势,模块本身的功耗比萧特基直流电源整流低30%,可以提高30%的模块功率密度,具有极大的推广和应用价值.

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