引言

80+^TM 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 轉換器。這種拓撲結構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換器中實現(xiàn)ZVS。FET QA 和QB 導通和斷開轉換過渡之間的延遲(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 為電感開關頻率。

QE 和QF 的主體二極管傳導損耗(P_Diode) 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L_OUT 和C_OUT 濾波器網(wǎng)絡輸入的電壓，而V_QEd 和V_QFd 為相應同步整流器QE 和QF 的電壓。

圖2   圖1 所示轉換器的時序圖

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(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 導通/斷開過渡轉換

圖3使用表1 時序的相移、全橋接轉換器

圖4減少QE 和QF 體二極管導電的時序圖

試驗結果

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(t_Delay) 期間可以觀測到主體二極管導電。

圖5QE 和QF 主體二極管導電波形圖

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 轉換器的效率

結論

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(t_Delay) 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。

相關網(wǎng)址：

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

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