作者:蔡拥军等

    摘要：在低压大电流变换器中倍流同步整流拓扑结构已经被广泛采用。就其工作原理进行了详细的分析说明，并给出了相应的实验和实验结果。

    关键词：倍流整流；同步整流；直流/直流变换器；拓扑

    0 引言

    随着微处理器和数字信号处理器的不断发展，对芯片的供电电源的要求越来越高了。不论是功率密度、效率和动态响应等方面都有了新要求，特别是要求输出电压越来越低，电流却越来越大。输出电压会从过去的3.3v降低到1.1～1.8v之间，甚至更低[1]。从电源的角度来看，微处理器和数字信号处理器等都是电源的负载，而且它们都是动态的负载，这就意味着负载电流会在瞬间变化很大，从过去的13a/μs到将来的30a/μs～50a/μs[2]。这就要求有能够输出电压低、电流大、动态响应好的变换器拓扑。而对称半桥加倍流同步整流结构的dc/dc变换器是最能够满足上面的要求的[3]。

    本文对这种拓扑结构的变换器的工作原理作出了详细的分析说明，实验结果证明了它的合理性。

    1 主电路拓扑结构

    主电路拓扑如图1中所示。由图1可以看出，输入级的拓扑为半桥电路，而输出级是倍流整流加同步整流结构。由于要求电路输出低压大电流，则倍流同步整流结构是最合适的，这是因为：

    图1 主电路拓扑

    1）变压器副边只需一个绕组，与中间抽头结构相比较，它的副边绕组数只有中间抽头结构的一半，所以损耗在副边的功率相对较小；

    2）输出有两个滤波电感，两个滤波电感上的电流相加后得到输出负载电流，而这两个电感上的电流纹波有相互抵消的作用，所以，最终得到了很小的输出电流纹波；

    3）流过每个滤波电感的平均电流只有输出电流的一半，与中间抽头结构相比较，在输出滤波电感上的损耗明显减小了；

    4）较少的大电流连接线（high current inter-connection），在倍流整流拓扑中，它的副边大电流连接线只有2路，而在中间抽头的拓扑中有3路；

    5）动态响应很好。

    它唯一的缺点就是需要两个输出滤波电感，在体积上相对要大些。但是，有一种叫集成磁（integrated magnetic）的方法，可以将它的两个输出滤波电感和变压器都集成到同一个磁芯内，这样可以大大地减小变换器的体积。

    2 电路基本工作原理

    电路在一个周期内可分为4个不同的工作模式，如图2所示，理想的波形图如图3所示。

    (a) 模式1[t0－t1]

    (b) 模式2[t1－t2]

    (c) 模式3[t2－t3]

    (d) 模式4[t3－t4]

    图2 工作模式图

    图3 工作波形图

    模式1[t0－t1] 在t=t0时刻，开关管s1导通，变压器原边两端的电压为正，且有vp=vin/2；而开关管s2一直都处于关断状态，由于s1的导通，s2的漏源极电压（vds2）被钳位到输入电压，即vds2=vin。变压器副边电压vsec为高电平，同步开关管sr1的门极也是高电平，sr1导通。此时，负载的电流等于两个输出电感电流之和，且全部流经sr1。在这个模式下，滤波电感lo1上的电流是增大的，而电感lo2上的电流是减小的，它们的电流纹波有相互抵消的作用，所以，负载电流io的纹波是很小的。

    模式2[t1－t2] 在t=t1时刻，s1关断。由于变压器漏感lk的存在，电流要继续维持原来的方向，所以，如图3(b)中所示，此时在变压器原边存在两个回路，一个是由c