全桥硬开关ZVS同步整流创造转换效率的高峰

1、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。CtCHm-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8

2、0V,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。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 3m。，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。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。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

3、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：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。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。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。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

4、分损耗已经是目前提升DC/DC转 换效率的关键。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。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

5、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 ）Rff.LDOA:.HIRLESHUTDOWN CURRENTPULSE-BPULSEGURHENT LIMITPULSE WIDTH kCtLUJiTOR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

6、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， LTC3

7、723-2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

8、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。LO.F RTOP0U120UT1*1CKIM1ermGHD1LTCISCS-ICSaC14:T PS 削做魅 SRQ1WC34: MURA.TA DEZE3KHS221VB3B C3S, C3& CM:洲叫 67PEM71QH CW.D女 DIODES rJC：. UHBDM4 D12,&14:BJLES1 015,017,02 EATM皿网L4：CDILHJUTL5: SUMI：Li.i：F1 薄dRSHC 芍 0 LG: PULSE PA1SM.G5CI Qlj.OliZETEFWTTii g： FMVTT3W4 g

9、： FzrezeT1: ERHS TRUMSR讯ER TTlfi T2: PULSE PjMZejr图4 LT3723-1推挽电路SHD FtMDDK/ADHVB=4ZF5DRAreLTC3 商 E3H-1ry/F*F日gT SPR(3 RLEBSS DH%曳EF1|if, 1WCTDK市*1 虹州CljCSSAHTOICTOCJIM 旧:盼TPS&图砌OflCHSD 国:MUHGH#KM5E22K在 DZOCES IMC. EB1B D弘:aEZI DT, M: R伽22徊 L4: COILCflAFr M1&MC-iaE L GOILCflAH H1M3M51HC lie RJLSEPA12!M.1OR FMWS ETQP1H1ROBFA R1.R2:IRCLA12H 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