引言

80+^TM 和計算機(jī)產(chǎn)業(yè)拯救氣候行動計劃(Climate Savers Computing) ™ 給計算機(jī)電源設(shè)立了一個強(qiáng)有力的效率標(biāo)準(zhǔn)。這些標(biāo)準(zhǔn)的“白金”級別規(guī)定計算機(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)載時效率必須達(dá)到94%，而在100% 負(fù)載時效率必須達(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?fù)浣Y(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(guān)(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(guān)。這會導(dǎo)致兩個同步整流器在快速續(xù)流期間同時關(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序，驅(qū)動這些同步整流器，從而減少體二極管導(dǎo)電并最終提高整體系統(tǒng)效率。

市場上有一些脈寬調(diào)制器(PWM)，其設(shè)計目標(biāo)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(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) 會使同步FET QE 和Q F同時斷開，從而允許其主體二極管實施上述導(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) 過多會使設(shè)計達(dá)不到“白金”標(biāo)準(zhǔn)。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L_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，必須通過其自有輸出來驅(qū)動FET QE 和QF，其中“導(dǎo)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(dǎo)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(shù)去除了主體二極管導(dǎo)電，其會在t_Delay 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1OUTE 和OUTF 導(dǎo)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QE 和QF 體二極管導(dǎo)電的時序圖

試驗結(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，我們對一個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(t_Delay) 期間可以觀測到主體二極管導(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(dǎo)通的同時主體二極管沒有導(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

我們對兩種驅(qū)動方案（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(fù)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(shè)計人員努力想要達(dá)到“白金”標(biāo)準(zhǔn)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(shè)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(jìn)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(t_Delay) 關(guān)閉。這種延遲會導(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