侵权投诉
当前位置:

OFweek电子工程网

正文

为隔离式DC-DC转换器选择适合的拓扑

导读: 在对隔离式DC-DC电源转换器的性能做比较的时候,功率和密度一直以来都是很重要的性能指标。当设计一个隔离式DC-DC电源转换器时,首要和最重要的就是拓扑结构的选择。

  在对隔离式DC-DC电源转换器的性能做比较的时候,功率和密度一直以来都是很重要的性能指标。当设计一个隔离式DC-DC电源转换器时,首要和最重要的就是拓扑结构的选择。过去,人们根据期望获得的输出功率水平来进行拓扑选择。早前的基本拓扑中,按照从低功率到更高功率的顺序,通常依次选用反激式、正激式、推挽式、半桥式及全桥式拓扑。虽然这些基本顺序依然有效,但是设计人员要将功率密度提升到新的高度,就必须把过去用在更高功率应用中的拓扑结构应用到相对较低功率的小型高密度电源转换器上。电源管理IC厂商正在通过增加更多功能和把高压栅极驱动器集成到控制器内解决这一问题。

  虽然过去在选择拓扑结构时,人们通常把输出功率范围作为选择的首要基准。但是,为隔离式DC-DC电源转换器选择拓扑结构时,还有许多其它因素需要考量,如成本、尺寸、电气应力、输出噪声和输入电压范围。一个隔离式电源转换器的尺寸基本是由变压器尺寸和所使用的有源开关数目决定的。使用电源变压器会影响电源转换器的尺寸。基于B-H曲线,隔离式电源转换器拓扑可分为单端和双端拓扑。在操作过程中,如果通量仅出现在B-H曲线的一个象限内,则为单端拓扑结构。如果通量是在B-H曲线两个象限中摆动,则为双端拓扑结构。根据特定的要求,双端拓扑的磁芯应小于单端拓扑,同时无需额外的复位绕组。表1列出了几种最常用的隔离式拓扑结构以及过去采用这些拓扑相对应的功率范围。

 

  

  表1:各种拓扑结构的比较。

 

  反激式可能是最普遍使用的隔离式拓扑。在一些低成本、低功率应用中都可以找到这种拓扑结构。除了变压器不需要配备分离的输出电感外,反激式拓扑只需单个有源开关。这使得该拓扑结构使用简单且成本极低。作为一种单端拓扑,反激式拓扑的缺点是变压器的使用状况不佳,由于输入和输出纹波电流很高,在输入和输出端都要配上额外的电容器。

  正激式和有源钳位正激拓扑通常用于中等功率应用。由于占空比的限制,而且也是单端拓扑,正激式拓扑的变压器使用同样受限。有源钳位正激变压器在稳定状态下要在两个象限内工作,但在启动和瞬态条件下,其峰值通量可以达到最高。为使变压器复位,正激式拓扑和有源钳位正激拓扑中的最大占空比都会受到限制。

  剩下的三种拓扑结构:推挽式、半桥式和全桥式都是真正的双端拓扑结构,因此电源传送发生在BH曲线的两个象限内,且无需专门的设置来复位变压器。由于其变压器磁芯可以得到充分利用,因此,双端拓扑结构是需要最高功率密度的应用的最佳选择。双端拓扑的另一个优势是因为具有更大的占空比范围,可以进一步优化变压器性能。双端拓扑的每端均可工作在约50%的最大占空比下,这就意味着输出滤波电感器有效的最大占空比接近100%。设计优化变压器的匝数比以尽可能提高有效占空比,这可以大幅降低变压器的RMS电流并减小输出滤波器的尺寸。

  图1所示是一个推挽式拓扑结构。为简单起见,图上选用的是D1和D2二极管,但大部分现代的高效电源转换器都是使用同步MOSFET作为二级整流器。推挽式拓扑的主要优势是它是一种双端结构,其缺点是,在关闭状态时,施加在初级开关上的峰值电压应力极高,是输入电压的两倍以上。

 

  

  图1:推挽式拓扑结构。

 

  图2所示为半桥式拓扑结构。半桥式是双端拓扑结构。相比推挽式,半桥式拓扑的优点是初级开关电压应力不会超过半桥的输入电压。另一个优点是只有一个初级绕组,这使得变压器磁芯窗口可以得到更好的利用。半桥式拓扑仅与电压模式控制兼容,当使用电流型控制或工作在逐周期限流状态下时,无法确保C1和C2间中点的? Vin电压平衡。可以通过添加有源中点平衡电路来使半桥式拓扑工作在电流模式控制下,但该电路非常复杂。

 

  

  图2:半桥式拓扑结构。

1  2  下一页>  
声明: 本文由入驻OFweek公众平台的作者撰写,观点仅代表作者本人,不代表OFweek立场。如有侵权或其他问题,请联系举报。

我来说两句

(共0条评论,0人参与)

请输入评论

请输入评论/评论长度6~500个字

您提交的评论过于频繁,请输入验证码继续

暂无评论

暂无评论

文章纠错
x
*文字标题:
*纠错内容:
联系邮箱:
*验 证 码:

粤公网安备 44030502002758号