电路配置通盘考量应用

率方案简化SR工作

相较于LLC控制中采用的可变频率控制方法，固定频率方案可以大幅简化次级端自驱动SR的工作，使其闸极驱动电压很容易由变压器次级端推算出来。此时增加一个低端MOSFET驱动器，如图2所示的双路4安培(A)FAN3224驱动器，就可以精确给出流经MOSFET米勒平坦区的电平转换和高峰值驱动电流，从而确保快速高效的SR开关转换。

图2 带倍流整流器的自驱动同步整流(SR)示意图

图2的倍流整流器可用于任何双端电源拓扑和大DC电流应用，它具有好几个突出的特性。第一，其次级端由一单一绕组构成，可简化变压器的结构。其次，由于所需的输出电感被分配在两个电感器上，故大电流流入次级端而产生的功耗会得到更有效的分布。第三，作为工作周期(D)的函数，两个电感涟波电流彼此抵消后，两个电感电流将拥有相当于两倍开关频率的视频率(Apparent Frequency)，故可允许更高的频率，且流入输出电感的峰值电流更低。

最后，在对称转换器(推挽式、半桥、全桥)中，每一个倍流电感都可携带一半的输出电流，而AHB则不尽然，且加在次级端整流器上的非对称电压也可能是AHB的缺点之一。当AHB在其限值工作周期为0.5附近工作时，载入的SR电压几乎可达到匹配。

然而，更合理的方案是通过对变压器的匝数比进行设计，使工作周期在额定工作期间保持在0.25工作周期0.35的特定范围内。当工作周期在此范围内时，如图2所示，Q1和Q2之间的电压应力，以及载入L1和L2两端的电压会变得不均衡，导致L1和L2之间的电流分布不均匀，必须考虑到每一个SR MOSFET的额定电压。

有鉴于此，可以采用电感值不相等的L1和L2，以及额定电压不同的SR MOSFET来优化设计，而变压器的匝数比也可以是非对称的;只不过，使用这些技术须对所有工作条件下的电路行为有深入的了解。

材料/元件细评估　效率/尺寸可兼顾

值得注意的是，表1所示的规格可说明上述解决方案的可行性，但是须采用一个交错式双BCM PFC升压预调节器来满足此一设计，预调节器之后是一个带自驱动SR的非对称半桥DC-DC转换器，如图1所示。

其实，表1的规格是对AC-DC电源设计要求的简单结论，主要设计目标包括尽可能在宽范围内获得最大的效率，并实现最小型的电源设计及散热器尺寸。若要在宽负载范围内获得最大的效率，须对每一个功率级的材料和元件选择进行仔细的考虑，尤其是在磁性设计方面，由于交错式BCM PFC的频率可能高达数百kHz，且变化多达10：1，故升压电感必须是客制化设计的。举例来说，采用适当等级的等效多股绞合线(Litz Wire)可减小交流损耗，而交流损耗正是BCM PFC升压电感中铜损耗的主要部分。因此，应该采用适合高频工作的间隙(Gapped)铁氧体材料，如选择EPCOS公司的N87材料制作薄而扁平的EFD30铁氧体磁芯组，其测得的PFC效率如图3所示。

图3 AC-DC电源设计搭载交错式BCM PFC测得的效率(100%=330瓦)

对于300瓦的扁平型AHB变压器，一种解决方案是采用两个水平磁芯的结构，包括初级端绕组以串连方式连接;次级端绕组以并连方式连接。不过，该方案必须使用两个变压器，因为每个磁芯的横截面积(Ae)差不多是避免饱和所必需的150平方毫米的一半，而要在一个高不到20毫米的小型元件上设计出横截面积为150平方毫米的传统形状磁芯，是一件不可能的事情。因此，类似于BCM PFC电感设计，该方案也采用绞合线和高频铁氧体磁芯材料来保持高效率。

最后一个重要设计步骤是把AHB变压器中的漏电感量控制在允许范围内，对于ZVS的要求，需要某些特定的漏电感值;而对于自驱动SR，则需要调节时序延迟。在本设计中因变压器产生的有效泄漏被优化为7μH，也就是总体有效磁性电感的1.5%，300瓦AHB DC-DC转换器测得的效率结果如图4所示。

图4 AHB 390伏特到12伏特/25安培DC-DC测得的效率(100%=300瓦)

降低导通损耗成关键　BCM/AHB控制器助阵

以图4测得的满负载效率而言，主要由转换器功率级的导通损耗来决定，因此，在这些条件下，几乎没有一种控制器可提供帮助。不过，要保持较高的轻载效率，倒有好几种控制器技术可以考虑。例如快捷(Fairchild)半导体推出的一款交错式双BCM PFC控制器FAN9612，其利用一个内部固定的最大频率箝制来限制轻载下和AC输入电压过零点附近的与频率相关的输出电容(Coss)MOSFET开关损耗。

值得注意的是，在AC线电压部分输入电压(VIN)>输出电压(VOUT)的二分之一期间，也可采用谷底开关技术(Valley-switching Technique)来感测最佳的MOSFET导通时间，进一步降低输出电容的电容性开关损耗;而当VIN 此外，FAN9612还导入一种自动相位管理功能，进一步提高轻载效率。这