【導讀】該拓撲由輸入電容器 CIN、兩個 MOSFET 開關 Q1 和 Q1、電源變壓器 T1、兩個鉗位二極管 D3 和 D4
、兩個整流二極管 D1 和 D2 以及由 LO 和 Co 組成的輸出濾波器組成。

該拓撲由輸入電容器 CIN、兩個 MOSFET 開關 Q1 和 Q1、電源變壓器 T1、兩個鉗位二極管 D3 和 D4、兩個整流二極管 D1 和 D2 以及由 LO 和 Co 組成的輸出濾波器組成。

下麵的圖 2a 和 2b 描述了雙開關正激轉換器的工作原理。Q1 和 Q2 同時導通和截止。當它們打開時
，如圖 2a 所示，電力通過變壓器和輸出濾波器傳送到負載。

當MOSFET關斷時，如圖2b所示，原邊電路中的功率被切斷，原邊繞組上的電壓將反轉，直到點端被D3鉗位返回，非點端被D4鉗位到VIN。因此，每個 MOSFET 將承受 VIN 的關斷電壓應力大小。

雙開關正激變換器的工作模式。

圖2. 雙開關正激變換器的工作模式

不僅來自變壓器磁化電感的能量被鉗位，更重要的是，漏感能量也被鉗位並通過二極管 D3 和 D4 返回到輸入電源總線。導通期間存儲在漏感中的能量不必在電阻緩衝器或 MOSFET 本身中耗散。

與(yu)單(dan)開(kai)關(guan)方(fang)法(fa)相(xiang)比(bi)，這(zhe)一(yi)優(you)點(dian)減(jian)少(shao)了(le)係(xi)統(tong)功(gong)率(lv)損(sun)耗(hao)並(bing)降(jiang)低(di)了(le)係(xi)統(tong)噪(zao)聲(sheng)，因(yin)為(wei)通(tong)常(chang)與(yu)感(gan)應(ying)能(neng)量(liang)釋(shi)放(fang)相(xiang)關(guan)的(de)振(zhen)鈴(ling)現(xian)在(zai)被(bei)鉗(qian)位(wei)。因(yin)此(ci)，無(wu)需(xu)緩(huan)衝(chong)電(dian)路(lu)，轉(zhuan)換(huan)器(qi)的(de) EMI 特征也大大降低。

單dan開kai關guan正zheng激ji轉zhuan換huan器qi中zhong的de變bian壓ya器qi磁ci芯xin複fu位wei通tong常chang是shi通tong過guo第di三san複fu位wei繞rao組zu來lai完wan成cheng的de。通tong常chang複fu位wei繞rao組zu的de匝za數shu與yu初chu級ji繞rao組zu相xiang同tong。因yin此ci
，內nei核he將jiang始shi終zhong以yi等deng於yu晶jing體ti管guan導dao通tong時shi間jian的de複fu位wei時shi間jian複fu位wei。MOSFET 開關上的電壓應力將是輸入電壓加上泄漏能量引起的尖峰的兩倍。

通過將 MOSFET 開關的占空比限製為低於 50%
，變壓器磁芯將始終在每個周期重置。雙開關正激轉換器以完全相同的方式複位變壓器，無需額外的複位繞組
，因為D3和D4的導通有效地將相反極性的輸入電壓施加到電源變壓器初級繞組以複位磁芯。

由於 MOSFET 上的漏極至源極電壓被鉗位至 VIN
，因此峰值電壓應力是多少並不存在不確定性。這個好處怎麼強調都不為過。單開關方法中的峰值電壓應力與漏感值
、開關速度和電路布局成正比。漏感難以控製

，並且即使在設計投入生產後也常常會發生變化。

乍一看，高側 MOSFET 的串聯傳導損耗似乎是額外的功耗。然而
，對 MOSFET 工藝特性的研究表明
，雙開關拓撲實際上可以減少傳導損耗。對於具有 36V 至 75V 輸入應用的單開關正激轉換器，如果漏感尖峰得到控製，通常需要 200V MOSFET。

芯片尺寸以及 MOSFET 的成本與導通電阻 (RdsON) 和額定電壓成正比。雖然雙開關方法需要兩個串聯的 MOSFET，但對於給定的芯片尺寸
，兩個 MOSFET 的總電阻通常可以小於具有兩倍電壓能力的單個開關。

使用兩個開關時，柵極驅動損耗明顯較高，但 Rds(ON) 較低且消除漏感損耗通常會提高轉換效率。消除緩衝器元件和控製漏感效應是雙開關拓撲的一大優點

，尤其是在較高輸入電壓下。

較(jiao)高(gao)輸(shu)入(ru)電(dian)壓(ya)的(de)應(ying)用(yong)通(tong)常(chang)具(ju)有(you)更(geng)多(duo)的(de)初(chu)級(ji)匝(za)數(shu)，這(zhe)往(wang)往(wang)會(hui)增(zeng)加(jia)漏(lou)感(gan)和(he)損(sun)耗(hao)。雙(shuang)開(kai)關(guan)方(fang)法(fa)的(de)優(you)勢(shi)隨(sui)著(zhe)輸(shu)入(ru)電(dian)壓(ya)的(de)增(zeng)加(jia)而(er)增(zeng)加(jia)，但(dan)較(jiao)低(di)輸(shu)入(ru)電(dian)壓(ya)的(de)應(ying)用(yong)通(tong)常(chang)也(ye)能(neng)受(shou)益(yi)。

從曆史上看，驅動高側 MOSFET 對於雙開關拓撲來說一直是一個挑戰，因為高側 MOSFET 需要浮動柵極驅動器。新型單片 IC 穩壓器通過使用由高速電平移位電路控製的自舉電容器技術，消除了高端 MOSFET 柵極驅動的難題。下麵的圖 3顯示了高端柵極驅動實現的框圖。

  

圖3. 高側柵極驅動電路框圖

兩個開關正激轉換器設計的優點

雙開關正激的優勢在集成解決方案中變得更加顯著，其中完整的控製電路、高側和低側開關的柵極驅動
，甚至兩個高壓 MOSFET 都可以集成在同一 IC 中。

通過鉗位MOSFET上的電壓應力
，功率轉換器的輸入電壓範圍可以接近MOSFET的額定電壓，充分利用MOSFET的工藝能力。相比之下，單開關正激轉換器的輸入電壓範圍被限製為小於 MOSFET 額定電壓的一半。

全集成雙開關 DC-DC 穩壓器的典型示例是 National Semiconductor 的 LM5015
，它提供高性能、低成本 DC-DC 穩壓器解決方案

，能夠支持 4.25V 至 75V 的極寬輸入電壓範圍。

兩開關反激式轉換器

下圖4所示為雙開關反激變換器拓撲結構
，由兩個MOSFET開關Q1和Q2、電源變壓器T1、兩個鉗位二極管D1和D2、次級整流二極管DO
、輸入濾波電容CIN和輸出濾波電容CO組成。

 
圖4. 雙開關反激式轉換器拓撲

兩個 MOSFET 開關同時打開和關閉
，就像雙開關正激轉換器一樣。反激變壓器的工作用雙繞組耦合電感器來描述。當初級 MOSFET 工作時，能量被提供給初級電路中的電感器
，然後當初級 MOSFET 關閉時，能量被釋放到次級電路。

初級和次級繞組之間的耦合從來都不是完美的
；如果不加以控製，這種漏感可能會在單開關方法中損壞初級 MOSFET。雙開關反激式中的鉗位二極管用於將泄漏能量恢複回輸入，並將每個 MOSFET 的關斷峰值電壓鉗位在 VIN 處。

雙開關反激式轉換器設計的優點

雙開關反激式與雙開關正激式具有所有相同的優點。MOSFET 開關上的電壓應力被鉗位至 VIN
，並且漏感能量返回到輸入
，而不是耗散在單開關方法中通常需要的緩衝器中。

圖 3 所示的相同技術可用於高側 MOSFET 柵極驅動。與單開關反激轉換器一樣，雙開關反激轉換器可以在不連續或連續導通模式下運行。

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