引言

80+^TM 和計(jì)算機(jī)產(chǎn)業(yè)拯救氣候行動(dòng)計(jì)劃(Climate Savers Computing) ™ 給計(jì)算機(jī)電源設(shè)立了一個(gè)強(qiáng)有力的效率標(biāo)準(zhǔn),。這些標(biāo)準(zhǔn)的“白金”級(jí)別規(guī)定計(jì)算機(jī)電源在20% 額定負(fù)載狀態(tài)下必須有90% 的效率，50% 額定負(fù)載時(shí)效率必須達(dá)到94%,，而在100% 負(fù)載時(shí)效率必須達(dá)到91%,。為了滿足這些標(biāo)準(zhǔn),，一些電源設(shè)計(jì)人員選擇使用一個(gè)具有同步整流的相移、全橋接DC/DC 轉(zhuǎn)換器,。這種拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)是一種比較好的選擇,，因?yàn)樗梢栽谥鱂ET 上實(shí)現(xiàn)零電壓開關(guān)(ZVS)。一種普遍使用的驅(qū)動(dòng)同步整流器的方法是利用已經(jīng)存在的信號(hào)驅(qū)動(dòng)主FET,。這樣做存在的唯一問題是要求主FET 時(shí)滯,，以實(shí)現(xiàn)零電壓開關(guān)。這會(huì)導(dǎo)致兩個(gè)同步整流器在快速續(xù)流期間同時(shí)關(guān)閉,，從而允許過多的體二極管導(dǎo)電,，最終降低系統(tǒng)效率。本文的目的是建議使用不同的時(shí)序,，驅(qū)動(dòng)這些同步整流器,，從而減少體二極管導(dǎo)電并最終提高整體系統(tǒng)效率。

市場(chǎng)上有一些脈寬調(diào)制器(PWM),，其設(shè)計(jì)目標(biāo)是用于控制相移,、全橋接轉(zhuǎn)換器,，而非驅(qū)動(dòng)同步整流器（QE 和QF）,。工程師們發(fā)現(xiàn)他們可以通過PWM 控制器的控制信號(hào)OUTA和OUTB來控制同步FET，這樣便可以在本應(yīng)用中使用這些控制器,。圖1 顯示了其中一款轉(zhuǎn)換器中的一個(gè)功能示意圖,。

圖1同步整流改進(jìn)型相移、全橋接轉(zhuǎn)換器

問題

通過延遲H橋接（QA,、QB,、QC、QD）的FET 導(dǎo)通,，PWM 控制器有助于在這些轉(zhuǎn)換器中實(shí)現(xiàn)ZVS,。FET QA 和QB 導(dǎo)通和斷開轉(zhuǎn)換過渡之間的延遲(t_Delay) 會(huì)使同步FET QE 和Q F同時(shí)斷開，從而允許其主體二極管實(shí)施上述導(dǎo)電行為,。下列方程式較好地估算了續(xù)流期間QE 和QF 的主體二極管傳導(dǎo)損耗：

其中P_OUT 為輸出功率,，V_OUT 為輸出電壓，V_D 為主體二極管的正向壓降,，而f_s 為電感開關(guān)頻率,。

QE 和QF 的主體二極管傳導(dǎo)損耗(P_Diode) 過多會(huì)使設(shè)計(jì)達(dá)不到“白金”標(biāo)準(zhǔn)。更多詳情,，請(qǐng)參見圖1 和圖2,。如圖所示，OUTA 驅(qū)動(dòng)FET QA 和QF,，而OUTB 驅(qū)動(dòng)FET QB 和QE,。V1 為L(zhǎng)_OUT 和C_OUT 濾波器網(wǎng)絡(luò)輸入的電壓,，而V_QEd 和V_QFd 為相應(yīng)同步整流器QE 和QF 的電壓。

圖2   圖1 所示轉(zhuǎn)換器的時(shí)序圖

解決方案

若想減少Q(mào)E 和QF 主體二極管導(dǎo)電,，最好是在QA 和QB 延遲期間(t_Delay) 讓這些同步整流器開啟,。要做到這一點(diǎn)，必須通過其自有輸出來驅(qū)動(dòng)FET QE 和QF,，其中“導(dǎo)通”時(shí)間而非同步的“斷開”時(shí)間會(huì)重疊,。圖3 顯示了具有6 個(gè)單獨(dú)驅(qū)動(dòng)信號(hào)（OUTA 到OUTF）的相移、全橋接轉(zhuǎn)換器的功能示意圖,。通過根據(jù)QA 到QD 的邊緣,，導(dǎo)通和斷開OUTE 及OUTF，可以產(chǎn)生QE(OUTE) 和QF(OUTF) 的信號(hào),。表1 和圖4 顯示了完成這項(xiàng)工作所需的時(shí)序,。圖4 所示理論波形表明，這種技術(shù)去除了主體二極管導(dǎo)電,，其會(huì)在t_Delay 期間兩個(gè)柵極驅(qū)動(dòng)均為斷開時(shí),，與圖2 所示柵極驅(qū)動(dòng)信號(hào)一起出現(xiàn)。

表1OUTE 和OUTF 導(dǎo)通/斷開過渡轉(zhuǎn)換

圖3使用表1 時(shí)序的相移,、全橋接轉(zhuǎn)換器

圖4減少QE 和QF 體二極管導(dǎo)電的時(shí)序圖

試驗(yàn)結(jié)果

為了查看這種技術(shù)在減少主體二極管導(dǎo)電方面的效果如何,，我們對(duì)一個(gè)390-V 到12-V 相移、全橋接轉(zhuǎn)換器進(jìn)行了改進(jìn),，旨在通過圖2 和4 所示信號(hào)驅(qū)動(dòng)FET,。

圖5 顯示了同步FET（QE 和QF）柵極的波形圖，它們通過OUTA 和OUTB PWM 輸出驅(qū)動(dòng),。圖中,，在OUTA 和OUTB 之間的延遲時(shí)間(t_Delay) 期間可以觀測(cè)到主體二極管導(dǎo)電。

圖5QE 和QF 主體二極管導(dǎo)電波形圖

下一頁(yè)的圖6 顯示了同步FET（QE 和QF）柵極的波形圖,，它們通過圖3 所示OUTE 和OUTF 信號(hào)驅(qū)動(dòng),。這些信號(hào)都產(chǎn)生自TI 新的UCC28950 相移、全橋接控制器,。圖6 表明FET QE 和QF 導(dǎo)通的同時(shí)主體二極管沒有導(dǎo)電,。盡管仍然可以看到一些主體二極管導(dǎo)電，但沒有圖5 那么多,。

圖6顯示了QE 和QF 低主體二極管導(dǎo)電的波形圖

我們對(duì)兩種驅(qū)動(dòng)方案（OUTA 和OUTB 與OUTE 和OUTF）從20% 到滿負(fù)載條件下600-W DC/DC 轉(zhuǎn)換器的效率進(jìn)行了測(cè)量,。在下一頁(yè)的圖7 中，顯示了這兩種驅(qū)動(dòng)方案的轉(zhuǎn)換器效率數(shù)據(jù),。我們可以看到,，相比使用OUTA 和OUTB，在50% 到100% 負(fù)載時(shí)使用OUTE 和OUTF 的效率高出約0.4%,。0.4% 效率增加看起來似乎并不多,，但在設(shè)計(jì)人員努力想要達(dá)到“白金”標(biāo)準(zhǔn)時(shí)效果就不一樣了,。

圖7不同QE 和QF 驅(qū)動(dòng)方案下600-W DC/DC 轉(zhuǎn)換器的效率

結(jié)論

即使我們可以通過一個(gè)并非為同步整流（OUTA 和OUTB 驅(qū)動(dòng)方案）而設(shè)計(jì)的相移、全橋接控制器來對(duì)一個(gè)具有同步整流器的相移,、全橋接轉(zhuǎn)換器進(jìn)行控制,，實(shí)現(xiàn)ZVS 所要求的OUTA 和OUTB 之間接通延遲也會(huì)使兩個(gè)同步FET 在同一時(shí)間(t_Delay) 關(guān)閉。這種延遲會(huì)導(dǎo)致在FET 快速續(xù)流期間出現(xiàn)過多的體二極管導(dǎo)電,。本文表明更加有效的方法是：在快速續(xù)流期間疊加同步整流器的“接通”時(shí)間,，以便讓體二極管不導(dǎo)電。利用這種方法,，雖然體二極管導(dǎo)電并沒有完全消失,，但其被極大減少，從而提高了整體系統(tǒng)效率,，讓“白金”效率標(biāo)準(zhǔn)更容易達(dá)到,。

相關(guān)網(wǎng)址：

www.ti.com.cn/power

http://focus.ti.com.cn/cn/docs/prod/folders/print/ucc2895.html

http://focus.ti.com.cn/cn/docs/prod/folders/print/ucc28950.html

德州儀器技術(shù)支持社區(qū)

www.deyisupport.com