全桥硬开关 ZVS同步整流创造转换效率的高峰

全桥硬开关ZVS ZCS同步整流创造DC/DC效率的高峰

在了解美国优秀DC/DC制造商的产品及技术时，发现银河公司

（Galaxy power）的DC/DC给出了最高的转换效率。我们测试了它的工作波形，并且画出了它的等效电路，测试转换效率，在48V输入时，高达94%以上。下面给出其原理电路和工作波形。见图1和图2。

图1 Galaxy公司150W半砖DC/DC变换器原理电路

图2 工作波形图

经过对电路的分析，对照，我们总结出下面若干条技术特色。

1． 初级侧硬开关全桥电路拓扑，PWM IC为UCC3808A，四只功

率MOSFET为VISHAY公司最优秀的MOSFET 为Si4480，耐压80V，导通电阻 9mΩ,开关速度为30ns,工作频率200khz。从Vin+~Vin-回路中没有设置电流取样回路。从而没有取样电阻的损耗。 2．

次级侧采用ZVS ZCS同步整流，驱动信号由UCC3808A给出，

经高速光耦传至二次侧，同步整流MOSFET为Si4840导通电阻为3mΩ，每侧四只并联共计8只，同步整流只有导通损耗及驱动损耗。 3．

变压器及输出滤波电感体积取得较大。磁密，电密都较低。大

电流为铜片组成的绕组。绝缘层占的磁心窗口面积很小，大部分为导体。 4．

采用了小型8引线的微处理器，型号为MICROCHIP公司的

PIC12C671小MCU,该芯片为SO-8封装，它控制了输入过压，欠压关断，输出过流保护，输出短路保护，输出过压保护以及半砖DC/DC的过热保护。ON/OFF端的控制也由小MCU完成，但外围元件很少。

从其中我们看到如下几点： 1．

对电压较高电流较小时，加上最新科技的MOSFET，硬开关

状态损耗并不大。 2．

对低电压大电流（5V 30A 150W）时，软开关的同步整流效果

十分明显，对效率的提升起到了很大作用。 3．

MOSFET的三大技术指标，导通电阻，栅驱动电荷及开关速

度是最大的影响效率的因素。优秀的MOSFET不仅导通电阻极低，而且栅驱动电平低，电荷少，开关速度快，是提升转换效率之关键因素。 4．

在电路拓扑功率元件都确定之后，变压器及电感的损耗已经占

到总损耗的70%，如何降低这部分损耗已经是目前提升DC/DC转换效率的关键。 5．

增加MCU的管理及控制对提高DC/DC各项性能，降低损耗

也有至关重要作用。在本例中，除去PWM的闭环外，MCU参与了其他全部工作，软件编好写入之后，无法作简单的技术抄袭，利于技术保密。 6．

MOSFET统统由SO-8式功率封装组成，热分布十分均匀，红

外扫描图验证了这个结论。

这种零电压零电流模式的同步整流在ERICSSON的大功率DC/DC中也得到了采用，但是它的ZVS,ZCS同步整流信号系采用小型信号变压器来传输的。这种方式简单易行，成本低廉，关键是要调好小型的R,C积分电路，以便控制好同步整流驱动所需要的脉冲宽度，以便确保同步整流电路工作在ZVS,ZCS的条件下。

根据这样的电路拓扑及构想，凌利尔特公司设计出一颗能更准确更简单地控制同步整流的PWM IC这就是在2003.12问世的LTC3723-1及LTC3723-2。它既可以驱动推挽电路，也可以通过半桥式驱动器来驱动半桥变换器或全桥变换器。（见图3）

图3 LTC3723-1/-2功能方框图

它包含了双输出驱动IC的所有共有的特点，如低启动电流及静态工作电流，单一CT定频率，单一电阻做斜波补偿，软启动，逐个电流限制，打嗝式短路保护，等等。但最重要最突出的是调节两输出的死区时间及同步整流的延时调节。这样大幅度减少了外接元件数，特别是调节ZVS ZCS同步整流功能的元件数及时序的准确性，从而达到了与Galaxy公司同样的技术水平。此外由于电流型及电压型各有优缺点，因此给出两种类型控制 IC 。电流型-1为峰值电流型控制，可准确调节斜波补偿及前沿消隐。而电压型-2则给出很好的电压前馈能力。下面仅就其特色部分详细说明。LTC3723-1衰减comp端子上的电压并将其与开关周期末端的电流检测信号相比较，而LTC3723-2则将comp端子上的电压同周期末端定时电容上的斜波电压相 比较，LTC3723-2的CT波形可用于此目的。如果CS上的电压超过300mv，则现行周期即刻终止。如果CS上的电压超过600mv，则两输出全部

终止，并重新软启动。

LTC3723-1/-2的最大特色还在于它对二次侧同步整流驱动信号的控制，它能精确地保证二次侧同步整流在ZVS ZCS条件下进行。从SPRG端到GND接一个电阻调节同步整流驱动脉冲的关断延迟。其他如放大器UVLO调节等都是常规的。此处不多叙述。

LTC3723-1/-2的两输出驱动之间的死区时间由DPRG端接一电阻到Vref来调节，调节范围为90ns到300ns。

图4给出LTC3723-1控制的推挽实用电路，而图5给出LTC3721-2控制的全桥ZVS ZCS同步整流实用电路。它的效率也达到了94%以上。

图4 LT3723-1推挽电路

图5 LTC3723的全桥电路

从这里我们可以看出，在MOSFET技术水平已经大幅度提高的

情况下，提升效率第一要素是同步整流技术，特别是ZVS ZCS同步整流技术。其次才是软开关技术。而且变压器和电感的损耗已经占到较大的比例，在总损耗中的比例已经举足重轻，须要高度重视认真对待。把变压器的漏感降到最小，磁损也给予最大程度的关注，这才是当今进一步提高效率的重点。

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