浅析通过数字控制提高DCDC转换器效率的技术

　　随着能源价格的上涨和各项“环保”计划的成功开展，私营公司和政府监管部门对电源制造商的要求逐渐提高。欧盟委员会（欧盟（EU）的执行机构）和美国环境保护署（EPA）对服务器电源的要求进一步升级，现已涵盖各种负载级别的效率以及待机功耗。服务器集群运营商也对电源制造商提出了类似要求。

　　由于法规如此严格，并且还有许多法规即将出台，电源制造商正逐渐转向数字控制。在全数字解决方案中，完全可编程的数字信号控制器（Digital Signal Controller，DSC）可直接生成用于控制功率电路级的PWM 信号。同时，控制器还能处理系统管理任务，例如数据记录、通信和故障报告。这样，电源设计人员可以在DSC 中编写高级控制方法，而在模拟设计中，这即便可以实现也是极为困难的。设计人员可利用此功能灵活地实现最终客户所需的数据记录和通信标准。

　　相移全桥（Phase-Shifted Full-Bridge，PSFB）拓扑是一种有潜力满足未来电源效率需求的直流-直流转换器。DSC 的灵活性使得不稳定的PSFB 拓扑更易于管理，并可实现进一步提高PSFB 效率的先进技术。

　　移相全桥拓扑的必然性

　　下面我们将讨论高频工作所必需的简单全桥拓扑，然后讨论效率提高策略。

　　全桥转换器

　　如图1 所示，全桥转换器使用四个开关（Q1、Q2、Q3 和Q4）进行配置。对角开关Q1、Q4 和Q2、Q3 同时导通时，将在变压器的初级绕组上提供完整的输入电压（VIN）。在转换器每半个周期中，对角开关Q1 和Q4 或Q2 和Q3 导通，并且变压器的极性会在每半个周期中反转。在全桥转换器中，给定功率下的开关电流和初级电流与半桥转换器相比将减半。这种电流减少使得全桥转换器适用于高功率等级。但是，对角的开关采用硬开关，当其导通和关断时会导致较高的开关损耗。

　　过去，由于合适的控制器尚未出现，电源工程师不得不使用效率较低的硬开关电源转换方法。这些方法的损耗随频率的增加而增加，因而限制了工作频率，进而限制了电源高效供电的能力。

　　图1：全桥转换器

　　软开关全桥（PSFB）拓扑

　　利用现有DSC，设计人员现在可考虑使用更高的工作频率来减少电源中磁性元件和滤波电容的数量。频率的升高会导致硬开关电源转换器（例如传统全桥转换器）中产生更高的开关损耗。一种较好的替代方案是选择相对复杂的软开关方法来减少开关损耗并提供较高的功率密度。

　　PSFB 转换器是一种软开关拓扑，使用寄生电容（例如MOSFET 和IGBT 等开关器件的输出电容）和变压器的漏电感来实现谐振转换。这种谐振转换可以使开关器件在接通时两端电压为零，从而消除其接通时的开关损耗。

　　PSFB 转换器已广泛用于转换器的功率密度和频率至关重要的电信和服务器应用中。PSFB 转换器的常规工作在许多文章中都有介绍，我们将在此基础上展示DSC 如何进一步提高性能。

　　图2：相移全桥转换器