适合通信系统的低压、大电流电源的现状及展望

问题少、可靠性良好等优点而最早受到重视。但双正激要多用二极管、变压器、电感等器件。双正激变换器在功率不大时也可加以简化。

图2　双管正激DC/DC变换器电路拓扑

变压器T起隔离和变压作用，输出端的续流电感L0起能量的传输和传递作用，由于D1、D2的导通限制了两个调整管关断时所承受的电压，变压器初级无需再有复位绕组。D3是一个整流二极管，D4是一个续流二极管（其中D3、D4均要求选用恢复时间快的二极管）。输出滤波电容C0应选择低ESR（等效电阻）大容量的电感，从而有利于降低纹波电压。与单端正激相比，无需复位电路，有利于简化变压器的设计；对功率器件的耐压等级要求低；两个开关管工作状态一致，使得在大功率电源的设计中开关管的选择较容易。

双管正激变换器由于磁芯复位的需要，占空比必须小于50％，从而造成了在大功率场合，变压器次级的高压给高频整流二极管的选择较困难。通常的采用串联多个二极管来解决均压问题，但难以解决动态均压。而有两个双管正激变换器组成的双正激变换器能够较好的解决高频二极管的动态均压问题。

4.2.2 半桥变换器电路与典型的双正激相比器件较少，也可以用两个半桥电路在输入侧串联，承受高输入电压，合用一个有两个初级绕组的变压器，组成复合半桥变换器，用于大功率。现在由于开关管的关断速度快了，共态导通问题容易解决。采用电流控制型芯片控制时的上下两管出现的不对称，也能妥善解决，可靠性能够保证，应用日见普遍。

图3　半桥DC/DC变换器电路拓扑

变压器起到隔离很传递能量的作用，工作时变压器原边承受的电压为输入电压的一半。由于两个MOS管是交替打开的，所以两组驱动脉冲的相位相差应大于180°，故存在一定死去时间。此电路减小了原边调整管的电压应力，是目前比较成熟和常见的电路。

以上方案采用PWM控制，容易实现负载在宽范围(例如含轻载和空载)内变化条件下可靠运行。

4.1.3 移相全桥变换器：用移相控制来实现PWM原理调节输出电压，在不增加功率晶体管情况下就可实现ZVS具有相当高的效率。但基本电路在轻载和空载时，零电压转换有困难，可靠性降低。幸而大系统的通信电源负载电流变动较小，且多台并联运行，可调整运行台数，避免轻载运行。

图4　移相调宽桥式变换器主电路

移相调宽全桥变换电路实现了功率器件的零电压开通和准零电压关断，克服了硬开关模式所固有的缺陷，损耗降低，效率更高。实践表明容性开通和二极管反向恢复所产生的短促电流脉冲，幅值高，频谱宽，是干扰的主要来源。零电压开通模式消除了这个主要干扰源，使干扰电平大为降低。基于以上两个主要优点，移相全桥变换电路拓扑特别适宜做大功率的DC/DC变换器。

5 低压大电流电源设计实例

图5　带有软开关的同步整流的有源箝位正激变换器

图5是一个带有软开关技术、同步整流技术的有源箝位ZVS正激变换器拓扑，它不但输出电压低，而且最重要的特点就是最大限度的提高了电路的效率。它的工作输入电压为50V，输出电压5V，开关频率120KHz。变换器的原边主要有主开关管Q1和辅开关管Q2，它们可实现有源箝位的功能，副边的续流开关管Q4能够一直工作在ZVS条件下，不论与其串联的MOS管Q3是在零电压和零电流下打开还是在ZVS下关断，因而，最大程度的提高了电源的转换效率。

副边的磁放大器通过把变压器的励磁电流提供给副边，而确保主开关管Q1实现ZVS工作状态，并且允许同步整流管Q3在ZCS条件下开通，因而可以进一步提高电路的工作效率。和一个标准的带有同步整流的有源箝位正激变换器（ACFC）相比，上述电路多了一个磁放大器，而正是磁放大器抑制了di/dt，并且减小了二极管D3的反向恢复损耗。变压器可以通过箝位电容Cc1 复位，而有源箝位MOS管Q2通过门极触发脉冲比Q1的前后短延时来开关，起到了对Q1工作的互补作用。通过调整4个MOS管门极触发脉冲的时延就可以实现同步整流软开关。在延时期间，副边MOS管的体二极管是导通的，因而，Q4的开通和关断是在零电压条件下，而Q3是开通在ZVS/ZCS，关断在ZVS条件下。当然为了减小体二极管的导通损耗和反向恢复损耗，整个变换器的频率相对来说较低，只有120KHz。

6 展望

从目前来看，利用板载电源的设计技术和多相工作技术可以满足通信系统中所需要的低电压、大电流电源的要求。总之，它与传统方法相比降低了成本，并可以得到更好的性能。对于有隔离的电源，同步整流和副边控制技术也正由于它们的效率高和快速瞬态响应的特性而被普遍采用。

参考文献：

[1] Canales F，Barbosa P M，Lee F C.A Zero Voltage Current Switching