引言

80+和計算機產(chǎn)業(yè)拯救氣候行動計劃(Climate Savers Computing) 給計算機電源設立了一個強有力的效率標準,。這些標準的“白金”級別規(guī)定計算機電源在20%額定負載狀態(tài)下必須有90%的效率,，50%額定負載時效率必須達到94%,，而在100%負載時效率必須達到91%,。為了滿足這些標準,，一些電源設計人員選擇使用一個具有同步整流的相移,、全橋接DC/DC轉(zhuǎn)換器。這種拓撲結(jié)構(gòu)是一種比較好的選擇，因為它可以在主FET上實現(xiàn)零電壓開關(ZVS),。一種普遍使用的驅(qū)動同步整流器的方法是利用已經(jīng)存在的信號驅(qū)動主FET,。這樣做存在的唯一問題是要求主FET時滯，以實現(xiàn)零電壓開關,。這會導致兩個同步整流器在快速續(xù)流期間同時關閉,，從而允許過多的體二極管導電，最終降低系統(tǒng)效率,。本文的目的是建議使用不同的時序,，驅(qū)動這些同步整流器，從而減少體二極管導電并最終提高整體系統(tǒng)效率,。

市場上有一些脈寬調(diào)制器(PWM),，其設計目標是用于控制相移、全橋接轉(zhuǎn)換器,，而非驅(qū)動同步整流器(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OUTA和OUTB來控制同步FET，這樣便可以在本應用中使用這些控制器,。圖1顯示了其中一款轉(zhuǎn)換器中的一個功能示意圖,。

圖1 同步整流改進型相移、全橋接轉(zhuǎn)換器

問題

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

其中POUT為輸出功率,，VOUT為輸出電壓，VD為主體二極管的正向壓降,，而fs為電感開關頻率,。

QE和QF的主體二極管傳導損耗(PDiode)過多會使設計達不到“白金”標準。更多詳情,，請參見圖1和圖2,。如圖所示，OUTA驅(qū)動FET QA和QF,，而OUTB驅(qū)動FET QB和QE,。V1為LOUT和COUT濾波器網(wǎng)絡輸入的電壓,，而VQEd和VQFd為相應同步整流器QE和QF的電壓,。

圖2 圖1所示轉(zhuǎn)換器的時序圖

解決方案

若想減少Q(mào)E和QF主體二極管導電，最好是在QA和QB延遲期間(tDelay) 讓這些同步整流器開啟。要做到這一點,，必須通過其自有輸出來驅(qū)動FET QE和QF,，其中“導通”時間而非同步的“斷開”時間會重疊。圖3顯示了具有6個單獨驅(qū)動信號(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，導通和斷開OUTE及OUTF,，可以產(chǎn)生QE(OUTE)和QF(OUTF)的信號,。表1和圖4顯示了完成這項工作所需的時序。圖4所示理論波形表明,，這種技術去除了主體二極管導電,，其會在tDelay期間兩個柵極驅(qū)動均為斷開時，與圖2所示柵極驅(qū)動信號一起出現(xiàn),。

表1 OUTE和OUTF導通/斷開過渡轉(zhuǎn)換

圖3 使用表1時序的相移,、全橋接轉(zhuǎn)換器  

圖4 減少Q(mào)E和QF體二極管導電的時序圖

試驗結(jié)果

為了查看這種技術在減少主體二極管導電方面的效果如何，我們對一個390-V到12-V相移,、全橋接轉(zhuǎn)換器進行了改進,，旨在通過圖2和4所示信號驅(qū)動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,。圖中，在OUTA和OUTB之間的延遲時間(tDelay) 期間可以觀測到主體二極管導電,。

圖5 QE和QF主體二極管導電波形圖

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信號驅(qū)動。這些信號都產(chǎn)生自TI新的UCC28950相移,、全橋接控制器,。圖6表明FET QE和QF導通的同時主體二極管沒有導電。盡管仍然可以看到一些主體二極管導電,，但沒有圖5那么多,。

圖6 顯示了QE和QF低主體二極管導電的波形圖

我們對兩種驅(qū)動方案(OUTA和OUTB與OUTE和OUTF)從20%到滿負載條件下600-W DC/DC轉(zhuǎn)換器的效率進行了測量。在下一頁的圖7中,，顯示了這兩種驅(qū)動方案的轉(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%負載時使用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，但在設計人員努力想要達到“白金”標準時效果就不一樣了,。

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

結(jié)論

即使我們可以通過一個并非為同步整流(OUTA和OUTB驅(qū)動方案)而設計的相移,、全橋接控制器來對一個具有同步整流器的相移,、全橋接轉(zhuǎn)換器進行控制，實現(xiàn)ZVS所要求的OUTA和OUTB之間接通延遲也會使兩個同步FET在同一時間(tDelay) 關閉,。這種延遲會導致在FET快速續(xù)流期間出現(xiàn)過多的體二極管導電,。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”時間，以便讓體二極管不導電,。利用這種方法,，雖然體二極管導電并沒有完全消失，但其被極大減少,，從而提高了整體系統(tǒng)效率,，讓“白金”效率標準更容易達到。