同步整流在隔離升壓變換器中的應用

摘要：針對傳統的DC/DC變化電路存在的問題，應用同步整流技術，提出了一種改進型隔離升壓電路。通過對集成控制、滯環控制和脈寬控制三種控制電路的分析對比，最終選擇脈寬調制做為其控制電路。根據DC/DC電源系統的性能指標設計了主電路參數，使用Saber軟件對單模塊系統的動態響應速度進行了仿真分析，仿真結果表明，改進型隔離升壓電路完全可以滿足航空靜止變流器的特定要求，驗證了理論分析的合理性和正確性，為航空靜止變流器在航空地面電源上的進一步應用奠定了基礎。

關鍵詞：同步整流；隔離升壓；DC/DC；Saber仿真

中圖分類號：TN911—34；TM464文獻標識碼：A文章編號：1004—373X（2012）18—0168—03

引言

整流電路作為DC/DC變換器的一個重要組成部分，對DC/DC變換器的整機性能起著非常重要的作用[1]。傳統的整流器件是采用功率二極管，由于二極管工作時，其導通壓降較高，所以整流二極管上的損耗也比較嚴重。這種情況在低壓、大電流的場合下顯得尤為突出。二極管整流電路帶來的損耗極大地影響著整個電路的效率。

這種場合，用低壓功率MOSFET代替二極管作為整流器件，由于低壓MOSFET的通態阻抗可以做到很小，所以可以有效地減小整流電路中的損耗，從而提高整個變換器的效率。整流器件由于要求與電路工作同步開關動作，所以被稱為同步整流管，與此相關的技術，也形成同步整流技術[2]。

1改進型隔離升壓全橋電路的提出

在主電路拓撲的選擇上，單端正激式變換電路、推挽變換電路、推挽正激變換電路、半橋變換電路大多應用于中、小功率的場合[3]。而本文設計的變換器必須滿足大功率的要求，且設計出的變換器要滿足低壓大電流輸入、大升壓比，所以主電路拓撲應采用全橋變換電路[4]，但是全橋電路存在一定的缺陷，由于其變壓器次級連接著全橋整流電路，而全橋整流電路又由四個二極管連接而成，其次級的功率損耗很大，會對全橋變換電路的效率產生很大的影響。所以基于以上原因本文提出了改進的隔離升壓全橋電路（如圖1所示），即將同步整流技術應用于全橋電路之中，這樣設計出的變換器即可以滿足大功率的要求又可以減少變換器的功率損耗，提高變換器的效率。

改進后的全橋變換電路具有以下優點：

（1）采用同步整流技術，用MOSFET代替二極管作為整流器件，由于MOSFET的通態阻抗可以做到很小，所以可以有效地減小整流電路中的損耗，從提高整個變換器的效率。

（2）鐵芯雙向磁化，利用率高，其結構簡單，成本較低，功率開關管承受電源電壓，流過一倍輸入電流，比較適合大功率場合。

（3）有隔離變壓器，使電路能實現電氣隔離，同時能完成大升壓比。

（4）輸入/輸出電壓調節范圍廣，適合電壓波動范圍大的場合。

控制電路動態性能的優劣對變換器的性能有著重要的影響，所以選擇一種易實現且性能優良的控制電路在電源設計中極為重要。目前較為成熟的幾種控制電路分別為集成控制電路（采用SG3525A集成控制芯片），滯環控制電路和脈寬調制電路。

2.1集成控制電路

SG3525A是將控制電路的功能部件集于一體，具有集成基準電壓、振蕩器同步、軟啟動時間控制，輸入欠電壓鎖定等功能[5—6]。

仿真波形如圖2所示。