全桥硬开关ZVS同步整流创造转换效率的高峰.docx

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9mQ ,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 3mQ ，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尤秀的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 ）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L-Ct.F RTOP0U12DUTI*1CKIM1¥CCI&D2GHD1LTCISCS-ICSa们4: AYK T P 0薩輪肿2网1 %C34: MURA.TA DEZE3KHS221VB3BC3S, C3& CM:创mg 67PEM71QHC^i.DSr DIODES K：. UHBDM4 D12,&14:BJLES1 015,017,02^ EATM內血： 血:测EDJ沁L4：CDIL£HJUTL5: SUMI［：Li.i：»F1 BHRSHC 哥 0LjG: PULSE PA1SM.G5CIQlj.OliZETEFWTTiiQM： FMVTT3W4 彌:Fzre^zeT1: ERH3 TRUMSR□眶 R TTlfiMe12: PUL5E P43M图 4 LT3723-1 推挽电路SHD FtMD PGUPDK/ADHVB■=4ZF£5DRAreLTC3TSEJSH-1ry^/F*F 日 GM?T SPRQ RLEBSS DH%如1nf,1WTCTDK 闘2旳 WAW刑 CljCSSAHTOICTOCJIM M:»,XTPSKEiWKH0flCr15D 何:fiflUHlWGFMJtM才洞迄著如 DZ 口OCES IMC. EB1BD>«:谑 21DT,開：U: COILCflAFr M1&MC-iaEL£ GOILCflAH H1M3M51HC lie RJLSEPA12!M.1£ORP^HA&：flC ETQP1H1ROBFA R1.R2:IRCLA^12H^^T1: HJLSE PASSiHJXM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。