张飞实战电子官方网站：zhangfeidz ?点击打开 （广告勿扰 100%拒绝水贴，10名疯狂工程师运营的网站，有问必答） 通信用高频开关电源技术发展综述 0引言 通信业的迅速发展极大地推动了通信电源的发展，开关电源在通信系统中处于核心地位，并已成为现 代通信供电系统的主流。在通信领域中，通常将高频整流器称为一次电源，而将直流-直流(DC/DC)变换器 称为二次电源。随着大规模集成电路的发展，要求电源模块实现小型化，因而需要不断提高开关频率和采 用新的电路拓扑结构，这就对高频开关电源技术 提出了更高的要求。 1通信用高频开关电源技术的发展 通信用高频开关电源技术的发展基本上可以体现在几个方面：变换器拓扑、建模与仿真、数字化控制 及磁集成。 1.1变换器拓扑 软开关技术、功率因数校正技术及多电平技术是近年来变换器拓扑方面的热点。采用软开关技术可以 有效的降低开关损耗和开关应力，有助于变换器效率的提高；采用 PFC技术可以提高 AC/DC变换器的输 入功率因数，减少对电网的谐波污染；而多电平技术主要应用在通信电源三相输入变换器中，可以有效降 低开关管的电压应力。同时由于输入电压高，采用适当的软开关技术以降低开关损耗，是多电平技术将来 的重要研究方向。 为了降低变换器的体积，需要提高开关频率而实现高的功率密度，必须使用较小尺寸的磁性材料及被 动元件，但是提高频率将使 MOSFET的开关损耗与驱动损耗大幅度增加，而软开关技术的应用可以降低 开关损耗。目前的通信电源工程应用最为广泛的是有源钳位 ZVS技术、上世纪 90年代初诞生的 ZVS移相 全桥技术及 90年代后期提出的同步整流技术。 1.1.1 ZVS有源钳位 有源箝位技术历经三代，且都申报了专利。第一代为美国 VICOR公司的有源箝位 ZVS技术，将 DC/DC 的工作频率提高到 1 MHZ，功率密度接近 200 W/in3，然而其转换效率未超过 90 %。为了降低第一代有源 箝位技术的成本，IPD公司申报了第二代有源箝位技术专利，其采用 P沟道 MOSFET，并在变压器二次侧 用于 forward电路拓扑的有源箝位，这使产品成本减低很多。但这种方法形成的 MOSFET的零电压开关 （ZVS）边界条件较窄，而且 PMOS工作频率也不理想。为了让磁能在磁芯复位时不白白消耗掉，一位美 籍华人工程师于 2001年申请了第三代有源箝位技术专利，其特点是在第二代有源箝位的基础上将磁芯复 位时释放出的能量转送至负载，所以实现了更高的转换效率。它共有三个电路方案：其中一个方案可以采 张飞实战电子官方网站：zhangfeidz ?点击打开 （广告勿扰 100%拒绝水贴，10名疯狂工程师运营的网站，有问必答） 用 N沟 MOSFET，因而工作频率可以更高，采用该技术可以将 ZVS软开关、同步整流技术都结合在一起， 因而其实现了高达 92 %的效率及 250 W/in3以上的功率密度。 1.1.2 ZVS移相全桥 从 20世纪 90年代中期，ZVS移相全桥软开关技术已广泛地应用于中、大功率电源领域。该项技术 在 MOSFET的开关速度不太理想时，对变换器效率的提升起了很大作用，但其缺点也不少。第一个缺点 是增加一个谐振电感，其导致一定的体积与损耗，并且谐振电感的电气参数需要保持一致性，这在制造过 程中是比较难控制的；第二个缺点是丢失了有效的占空比[1]。此外，由于同步整流更便于提高变换器的效 率，而移相全桥对二次侧同步整流的控制效果并不理想。最初的 PWM ZVS移相全桥控制器，UC3875/9 及 UCC3895仅控制初级，需另加逻辑电路以提供准确的次极同步整流控制信号；如今最新的移相全桥 PWM控制器如 LTC1922/1、LTC3722-1/-2，虽然已增加二次侧同步整流控制信号，但仍不能有效地达到 二次侧的 ZVS/ZCS同步整流，但这是提高变换器效率最有效的措施之一。而 LTC3722-1/-2的另一个重大 改进是可以减小谐振电感的电感量，这