帶傳統同步MOSFET柵極驅動的相移全橋轉換器

　　為確保用戶安全以及符合監管機構制定的規則，大多數直流-直流轉換器設計有隔離變壓器。額定值較高的電源在初級設計有PSFB 拓撲，在次級設計有全波同步整流器，以實現較高效率。

　　在PSFB 轉換器中，如果使用傳統方法控制的同步MOSFET 配置，則MOSFET 的Q1、Q3 或Q2、Q4 應處于導通狀態。此時，沒有任何功率從初級傳輸到次級，并且MOSFET Q5 仍處于導通狀態。

　　由于轉換器的次級側存在電感（Lo），因此輸出電感中的能量在MOSFET Q5 和變壓器（Tx）的次級線圈之間循環。電流會通過MOSFET 的通道或通過MOSFET 的內部二級管持續流經變壓器次級線圈。由于電流會從次級反射到初級，所以在初級的零狀態（初級到次級無任何能量傳輸）期間將存在環流，這會導致轉換器中出現損耗。與額定輸入電壓的情況相比，這些環流損耗在較高的電壓下尤其明顯。此外，為避免跨導，在Q5 和Q6 MOSFET 柵極驅動之間有意地引入一個死區。在此期間，任何同步MOSFET 均不會導通。因此，電流將流經MOSFET 內部二極管。與MOSFET 的Rds（ON）相比，這些MOSFET 內部二極管具有高正向壓降，即（VF * I）》（I2rms*Rds（on））。

　　通過疊加柵極驅動信號，可防止傳統的同步柵極驅動中產生較高損耗，這將在下一部分中介紹。

　　圖3：同步MOSFET 柵極驅動的傳統配置

　　同步MOSFET 柵極驅動信號的疊加

　　通過疊加同步MOSFET 的PWM 柵極驅動信號，可避免在變壓器初級側的零狀態期間發生損耗。這將在以下三個方面提高電源效率。

　　首先，在中心分接的全波整流器中，疊加同步MOSFET 的柵極驅動信號將消除變壓器次級中心分接線圈中的磁通，這樣在變壓器次級和初級之間實際上不會有磁通。

　　其次，兩個同步MOSFET 和兩個變壓器中心分接線圈同時導通，而不是一個同步MOSFET 和一個中心分接變壓器導通。因此，次級電流將只有一半的有效電阻，與只有一個同步MOSFET 導通的情況相比，損耗會降低一半。

　　圖4：疊加同步MOSFET 柵極驅動信號以提高效率

　　最后，在傳統的開關方法中，有意引入的死區可能為開關周期的10%，并且在該死區期間，高次級電流將流經MOSFET 的高正向壓降內部二極管。通過配置同步MOSFET 的PWM 柵極驅動信號疊加，高次級電流可流經MOSFET 通道。在這種情況下，將只有Rds（ON）損耗，其與死區中MOSFET 內部二極管導致的損耗相比非常小。對于具有電信輸入（36 至76 VDC）的系統，通過疊加同步MOSFET 柵極驅動信號，直流-直流轉換器的效率將提高3 - 4%.

　　實現這些技術需要靈活的具有完全獨立PWM 輸出的電源控制器。DSC（例如dsPIC？ DSC）提供了靈活性以及PWM 外設，可輕松實現此技術和其他效率提升技術。

　　結論

　　PSFB 拓撲具有實現現代電源所需效率的潛力。數字控制使設計人員能夠非常精確地控制PSFB拓撲和實現高級控制技術（例如疊加同步MOSFET）。新拓撲、新技術及新理念正在推動電源進入二十一世紀。數字控制器（例如Microchip 的dsPIC？ DSC）已經為未來的電源需求做好了準備。