一种高效率多输出同步整流电路的设计_胡旭

为获 得 如 图 ４ 所 示 时 序 关 系 的 驱 动 波 形，在 ＰＷＭ 芯片 ＳＧ３５２５和驱动芯片ＩＸＤＮ４１４后端接上两 个次级的激励变压器。并将同步整流管端的驱动信号 反 接 ，以 获 得 反 相 互 补 的 激 励 波 形 。
３ 电 路 参 数 的 设 计 和 实 验 结 果
图 ３ ＩＲＦＳ４０１０ 的 驱 动 特 性
车的速度或距离信息，调 度 人 员 预 先 设 置 工 作 程 序 和 时刻表，列车将依据 这 些 预 先 设 置 自 动 运 行 和 自 动 调 整停站时分。为了实 现 列 车 的 车 站 停 靠 要 求，要 依 据 控制程序来进 行。ＡＴＣ 系 统 使 轨 道 运 营 效 率 和 安 全 系统大幅提高。
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｆｏｒ ｍｏｄｅｒｎ ｒａｄａｒ ＩＣ ｓｕｐｐｌｙ ｖｏｌｔａｇｅ ａｍｐｌｉｔｕｄｅ ｄｅｍａｎｄｉｎｇ ｉｎｃｒｅａｓｉｎｇｌｙ ｌｏｗｅｒ，ｐｏｗｅｒ ｄｅｎｓｉｔｙ ｃｏｎｓｔａｎｔｌｙ ｉｎｃｒｅａｓｉｎｇ ｔｒｅｎｄｓ，ｕｓｉｎｇ ｈｙｂｒｉｄ ｔｏｐｏｌｏｇｙ ｗｉｔｈ ｆｕｌｌ ｂｒｉｄｇｅ ａｎｄ ｈａｌｆ ｂｒｉｄｇｅ ｃｕｒｒｅｎｔ－ｄｏｕｂｌｅ ｓｙｎｃｈｒｏｎｏｕｓ ｒｅｃｔｉｆｉｅｒ，ａｎｄ ａｐｐｌｉｅｄ ＰＷＭ ｃｏｎｔｒｏｌ ｃｈｉｐｓ ａｎｄ ｅｘｔｅｒｎａｌ ｄｒｉｖｅ ｍｏｄｅ ｏｆ ｅｘｃｉｔａｔｉｏｎ ｔｒａｎｓｆｏｒｍｅｒ，ｔｈｅ ｐａｐｅｒ ｄｅｓｉｇｎｓ ａ ｈｉｇｈ ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ ｍｕｌｔｉ－ｏｕｔｐｕｔ ｓｙｎｃｈｒｏｎｏｕｓ ｒｅｃｔｉｆｉｅｒ ｐｏｗｅｒ ｓｏｕｒｃｅ．
图 １ 全 桥 倍 流 同 步 整 流 电 路
１ 混 合 型 电 路 拓 扑
现设计研制一台 高 效 率 多 输 出 同 步 整 流 电 源，采 用全桥、半桥加倍 流 同 步 整 流 的 电 路 拓 扑 结 构。 全 桥 倍流同步整流的电路 拓 扑 如 图 １ 所 示，半 桥 倍 流 同 步
收 稿 日 期 ：２０１３－１１－１７ 作者简介：胡 旭（１９８５－），男，湖 北 仙 桃 人，硕 士，工 程 师，研 究 方向为电力电子与电力传动。 刘 静 （１９８４－），女，湖 北 京 山 人，硕 士，工 程 师，研 究 方 向 为 电 力电子与电力传动。
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图 ２ 半 桥 倍 流 同 步 整 流 电 路
其 中 ，倍 流 同 步 整 流 与 半 波 整 流 和 全 波 整 流 相 比 ， 具有以下优点：
（１）电 感 电 流 和 变 压 器 次 级 电 流 小 ，整 流 管 导 通 损 耗以及变压器铜损较小；
（２）双电感交错 滤 波，可 在 电 感 值 较 小 的 前 提 下， 减 小 电 流 纹 波 ，并 提 高 动 态 响 应 性 能 ；
（４）倍流整流的 滤 波 电 感 可 以 被 集 成 到 主 变 压 器 中 ，减 少 了 元 件 数 量 和 总 体 体 积 。
实验结果证明，本 电 路 拓 扑 提 供 了 三 路 不 同 幅 值 并 相 互 隔 离 的 输 出 电 压 ，并 可 以 降 低 整 流 损 耗 ，提 高 整 流 效 率 ，变 换 器 的 转 换 性 能 也 得 到 了 很 大 的 改 善 。
同步整流管的驱动时序关系如图４所示。
３．１ 电 路 参 数 这 种 多 输 出 同 步 整 流 电 路 输 入 电 压 为 ４８ Ｖ（３０ Ｖ
～７０ Ｖ），三 路 输 出 电 压 分 别 为 ８ Ｖ／３２ Ａ，５ Ｖ／８ Ａ，－５ Ｖ／２ Ａ。单路８ Ｖ／３２ Ａ 采用全桥倍流同步整流电路， 如图１所示；单路５ Ｖ／８ Ａ 采 用 半 桥 倍 流 同 步 整 流 电 路，单路－５ Ｖ／２ Ａ 采 用 半 桥 全 波 整 流 电 路，如 图 ２ 所 示，三路输出电压 相 互 隔 离。 全 桥 电 路 输 出 滤 波 电 感 取２×２ ｍＨ，半桥电 路 输 出 滤 波 电 感 取 ２×４ ｍＨ，开 关 频 率 为 １００ ｋＨｚ。 元 器 件 清 单 如 下 ：
同步整流管 选 定 后，使 用 ＰＷＭ 控 制 芯 片 的 外 驱 动方式对同步整流管提高驱动电压。同步整流管的外 驱动方式是指 ＰＷＭ 信 号 经 过 适 当 的 组 合 和 延 时 后， 作为同步整流管的驱动信号。同步整流管的驱动电压 从附加的外部驱动电 路 获 得，可 以 提 供 比 较 精 确 的 控 制时 序。 基 于 本 驱 动 方 式 的 诸 多 优 势，此 处 采 取 ＰＷＭ 控制芯片 ＳＧ３５２５和ＩＸＤＮ４１４驱动的方式。由 于此电源为３路独立 隔 离 输 出，电 路 在 具 备 ３ 路 隔 离 辅助电源的同时各路驱动信号也需要与主电路隔离， 此处 采 用 驱 动 变 压 器 隔 离 的 方 式。 同 步 整 流 管 ＩＲＦＳ４０１０ 的 驱 动 特 性 如 图 ３ 所 示 。
ＶＳ１～ＶＳ４，ＶＳ７～ＶＳ８：ＩＲＦ１３１０，Ｉｄ＝４２ Ａ，Ｕｄｓ＝ １００ Ｖ，Ｒｄｓ（ｏｎ）＝０．０３６Ω；
ＶＳ５～ ＶＳ６，ＶＳ９ ～ ＶＳ１０：ＩＲＦＳ４０１０，Ｉｄ ＝１９０ Ａ， Ｕｄｓ＝１００ Ｖ，Ｒｄｓ（ｏｎ）＝３．３ ｍΩ；
Ｄ１，Ｄ２：１２ ＷＱ０３ＦＮ， 从实验波形可以 看 出，在 能 量 从 原 边 传 送 到 负 载 端 的 过 程 中 ，驱 动 电 压 保 证 了 同 步 整 流 管 的 适 时 导 通 ， 使负载电流 不 从 ＭＯＳ 管 体 二 极 管 流 过，降 低 了 整 流 管 的 导 通 压 降 ，提 高 了 整 机 效 率 。
Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｓｙｎｃｈｒｏｎｏｕｓ ｒｅｃｔｉｆｉｅｒ；ｃｕｒｒｅｎｔ ｄｏｕｂｌｅｒ；ｈｉｇｈ ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ
０ 引 言
整流的电路拓扑如图２所示。
现代雷达集成电源模块的发展趋势是供电电压越 来越低，体积越来越 小，功 率 等 级 不 断 提 高，功 率 密 度 成倍增长。随之带来 的 是 降 低 损 耗 和 散 热 的 问 题，尤 其是在低压大电流输 出 的 领 域，效 率 作 为 至 关 重 要 的 指标被突显出来。过去多采用二极管全波整流或半波 整流的方式进行 ＤＣ／ＤＣ 变换，但在３ Ｖ～８ Ｖ 低电压 输 出 条 件 下 ，二 极 管 正 向 压 降 的 影 响 不 能 够 再 被 忽 视 ， 即使采用肖特基硅二 极 管、快 速 恢 复 开 关 二 极 管 等 作 为输出整流二极管，其 正 向 压 降 均 为 ０．４ Ｖ～０．６ Ｖ， 大电流时的通态功耗很大。随着功率变换器输出电压 的 降 低 ，输 出 电 流 的 增 加 ，整 流 损 耗 成 为 变 换 器 的 主 要 损耗。为了提高变换 器 的 转 换 效 率，必 须 降 低 整 流 损 耗。采用低 导 通 电 阻 的 ＭＯＳＦＥＴ 进 行 同 步 整 流，是 提高变换器效率的一种有效途径。
摘要：针对现代雷达集成电路的供电电压幅值 要 求 越 来 越 低，功 率 密 度 不 断 提 高 的 发 展 趋 势，采 用 全 桥 倍 流 同 步 整
流加半桥倍流同步整流的混合型拓扑，应用 ＰＷＭ 控制芯 片 和 激 励 变 压 器 的 外 驱 动 方 式，设 计 了 一 台 高 效 率 多 输 出 同 步
（３）大 电 流 的 电 路 相 互 连 接 数 目 最 少 ，简 化 了 次 级 的 布 线 ，并 减 少 了 与 布 线 有 关 的 损 耗 ；
２０１４ 年 ３ 月 ２５ 日 第 ３１ 卷 第 ２ 期
胡 旭 ，等 ： 一 种 高 效 率 多 输 出 同步整流电路的设计
Ｔｅｌｅｃｏｍ Ｐｏｗｅｒ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｍａｒ．２５，２０１４，Ｖｏｌ．３１ Ｎｏ．２
图 ４ 同 步 整 流 管 的 驱 动 时 序 关 系
从图４所示的驱 动 时 序 关 系 图 可 以 看 出，当 变 压 器同名端为 正 时，同 步 整 流 管 ＶＳ５、ＶＳ９ 导 通，向 负 载 端提供 电 能；当 变 压 器 同 名 端 为 负 时，同 步 整 流 管 ＶＳ６、ＶＳ１０导通，向负载端提 供 电 能。 负 载 电 流 通 过 同 步整流管流过，导通损耗小。同时，在时间段ｔ１～ｔ２ 之 间，同步整 流 管 的 提 前 导 通 保 证 了 负 载 电 流 从 ＭＯＳ 管漏源极间 流 过，而 不 通 过 其 体 二 极 管；在ｔ３ ～ｔ４ 之 间，同步整流 管 的 延 时 关 断 同 样 提 供 了 ＭＯＳ 管 漏 源 极间的续流 通 道，降 低 了 流 过 ＭＯＳ 管 体 二 极 管 造 成 的导通电流损耗。
３．２ 实 验 结 果 实 验 中 对 同 步 整 流 电 路 在 轻 载 （２０％ 负 载 ）、半 载 、 （下 转 第 ７８ 页 ）
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２０１４ 年 ３ 月 ２５ 日 第 ３１ 卷 第 ２ 期
Ｔｅｌｅｃｏｍ Ｐｏｗｅｒ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ
Ｍａｒ．２５，２０１４，Ｖｏｌ．３１ Ｎｏ．２
３ 通 信 信 号 系 统 的 发 展
３．１ 系统的应用实现ＩＰ 化 随着科学技术的 飞 速 发 展，轨 道 交 通 信 号 的 发 展
方向必然是实现ＩＰ 化。各种先进技术的成熟运用，可 以保障ＩＰ 服务质量，必将会极力推进轨道交通运营信 号系统实现ＩＰ，如 多 信 息 传 输 技 术、共 享 平 台 和 虚 拟 专用局域网 技 术 等。ＩＰ 化 可 以 有 效 提 高 轨 道 交 通 运 营 管 理 的 效 率 ，使 轨 道 交 通 运 营 的 成 本 更 低 。 ３．２ 通 信 和 信 号 系 统 一 体 化
２ 同 步 整 流 管 以 及 驱 动 方 式 的 选 择
同步整流的原理 是 应 用 ＭＯＳＦＥＴ 管 取 代 不 控 整 流中的肖特基二极管，因 此 选 择 同 步 整 流 管 的 基 本 要 求是导通电 阻 Ｒｄｓ（ｏｎ）尽 量 小，电 压 和 电 流 不 超 过 整 流管的电压和 电 流 限 值。 由 于 输 入 电 压 范 围 是 ３０ Ｖ ～７０ Ｖ，且主变压 器 次 级 电 压 也 超 过 ７０ Ｖ，因 此 本 设 计选择的同步整 流 管 选 取ＩＲ 公 司ＩＲＦＳ４０１０，其 漏 源 极 耐 压 为 １００ Ｖ，导 通 电 阻 为 ３．３ ｍΩ。