隔離型vRM的主要拓撲及性能比較

 隨著計算機芯片對電源適配器容量和瞬態響應要求的不斷提高,現在廣泛采用的低壓(如5V)分布式電源適配器系統將難以滿足要求,會逐漸被高壓(如48V)分布式電源適配器系統所取代?與低壓分布式電源適配器系統相比較,高壓分布式電源適配器系統有許多顯著優點?

從前面的討論我們知道,低壓VRM的電路拓撲很難應用到高壓VRM中?因此,高壓VRM一般采用具有降壓變壓器的隔離型電路拓撲,降壓變壓器起著降壓和隔離雙重作用。

對低壓大電流輸出VRM而言,副邊變換器的功率損耗對整個電路的效率起著主要作用?因此,為提高電路的轉換效率,必須努力降低副邊變換器的損耗,特別是整流器損耗和變壓器的繞組損耗?用同步整流器(低壓MOSFET)替換肖特基整流器,可以減少整流器損耗;而降低變壓器的繞組損耗,必須努力減小副邊繞組電阻和流過的電流有效值?合理選擇繞組和變壓器結構,可以減小繞組電阻?采用倍流器( Current doubler)拓撲,可以減小副邊電流的有效值?與倍流器輸出相適應,變壓器原邊一般采用具有對稱工作方式的推挽變換器?半橋變換器和全橋變換器。

傳統推挽變換器的最主要問題是當開關管關斷(對Q1而言,t=to)時,變壓器的漏感產生很大的尖峰電壓并加在管子兩端,這與反激變換器的工況相同?為了解決這一問題,提出一種新型的推挽正激( Push Pull Forward)變換器,其原理如圖2-75所示?

  與傳統推挽變換器電路相比較,推挽正激變換器電路中引入了一個鉗位電容C?在t=0~toa期間,Q1導通,Q2截止,輸入電壓V通過Q1加在繞組L1上,而電容C上的電壓Vc(等于Vn)則加在繞組L2上?這時,電路就像是兩個正激電路并聯工作?當Q1關斷后,漏感電流使Q2的反并二極管導通續流,而電容C將開關管Q1的端電壓鉗位在2Vm?因此,可以選用額定電壓較低的開關管,以降低通態損耗?平

該推挽正激變換器為一個二階系統,其控制較簡單,瞬態響應快,具有較高的轉換效率,而且變壓器和電感可以很容易集成在一起,從而大大提高變換器的功率密度?將內置輸入濾波器的概念引入到推挽正激變換器中,提出了改進型推挽正激變換器,如圖2-76所示?這一新拓撲中的開關電流和繞組電流與推挽正激變換器中的相同,但輸入電流卻幾乎是平坦的?這是由于輸入電流同時流過兩個繞組且有紋波抵消作用,這正是內置輸入濾波器的作用?改進型推挽正激變換器的輸入濾波器尺寸可以大大減小,或直接利用變壓器的漏感作為輸入濾波器,且可與其他磁元件集成在一起,使變換器的效率得到大大提高?

推挽正激變換器圖                       改進型推挽正激變換器

  VRM拓撲有許許多多,每種拓撲都有其特點和適用的工況?將準方波工作方式的同步整流Buck電路交錯并聯,可大大降低輸出電流紋波,從而減小輸岀濾波器的尺寸,同時滿足快速動態響應和高效率?高功率密度的要求?通過自耦合電感,可以拓展整流開關管的占空比,改善電路的瞬態響應性能,提高變換器整體轉換效率?有源鉗位電路可以抑制漏感引起的尖峰電壓,減少開關器件的電壓應力,同時亦可降低電路損耗;將內置輸入濾波器的概念引入到VRM拓撲中,并利用集成磁技術,可進一步改善電路工況,減小濾波器尺寸?

  VRM拓撲結構改進或新拓撲結構的提出,其基本思想是如何滿足VRM高效率?高密度和快速瞬態響應的要求,同時非常重視包括磁集成技術在內的集成封裝技術的運用,并將能否采用集成技術作為判斷拓撲結構性能優劣的一個重要因素?因此,這應成為我們今后研究VRM技術的努力方向?