引言
80+和計算機產業拯救氣候行動計劃(Climate Savers Computing) 給計算機電源設立了一個強有力的效率標準。這些標準的“白金”級別規定計算機電源在20%額定負載狀態下必須有90%的效率，50%額定負載時效率必須達到94%，而在100%負載時效率必須達到91%。為了滿足這些標準，一些電源設計人員選擇使用一個具有同步整流的相移、全橋接DC/DC轉換器。這種拓撲結構是一種比較好的選擇，因為它可以在主FET上實現零電壓開關(ZVS)。一種普遍使用的驅動同步整流器的方法是利用已經存在的信號驅動主FET。這樣做存在的唯一問題是要求主FET時滯，以實現零電壓開關。這會導致兩個同步整流器在快速續流期間同時關閉，從而允許過多的體二極管導電，最終降低系統效率。本文的目的是建議使用不同的時序，驅動這些同步整流器，從而減少體二極管導電并最終提高整體系統效率。
市場上有一些脈寬調制器(PWM)，其設計目標是用于控制相移、全橋接轉換器，而非驅動同步整流器(QE和QF)。工程師們發現他們可以通過PWM控制器的控制信號OUTA和OUTB來控制同步FET，這樣便可以在本應用中使用這些控制器。圖1顯示了其中一款轉換器中的一個功能示意圖。
圖1 同步整流改進型相移、全橋接轉換器
問題
通過延遲H橋接(QA、QB、QC、QD)的FET導通，PWM控制器有助于在這些轉換器中實現ZVS。FET QA和QB導通和斷開轉換過渡之間的延遲(tDelay)會使同步FET QE和QF同時斷開，從而允許其主體二極管實施上述導電行為。下列方程式較好地估算了續流期間QE和QF的主體二極管傳導損耗：
其中POUT為輸出功率，VOUT為輸出電壓，VD為主體二極管的正向壓降，而fs為電感開關頻率。
QE和QF的主體二極管傳導損耗(PDiode)過多會使設計達不到“白金”標準。更多詳情，請參見圖1和圖2。如圖所示，OUTA驅動FET QA和QF，而OUTB驅動FET QB和QE。V1為LOUT和COUT濾波器網絡輸入的電壓，而VQEd和VQFd為相應同步整流器QE和QF的電壓。
圖2 圖1所示轉換器的時序圖
解決方案
若想減少QE和QF主體二極管導電，最好是在QA和QB延遲期間(tDelay) 讓這些同步整流器開啟。要做到這一點，必須通過其自有輸出來驅動FET QE和QF，其中“導通”時間而非同步的“斷開”時間會重疊。圖3顯示了具有6個單獨驅動信號(OUTA到OUTF)的相移、全橋接轉換器的功能示意圖。通過根據QA到QD的邊緣，導通和斷開OUTE及OUTF，可以產生QE(OUTE)和QF(OUTF)的信號。表1和圖4顯示了完成這項工作所需的時序。圖4所示理論波形表明，這種技術去除了主體二極管導電，其會在tDelay期間兩個柵極驅動均為斷開時，與圖2所示柵極驅動信號一起出現。
表1 OUTE和OUTF導通/斷開過渡轉換
圖3 使用表1時序的相移、全橋接轉換器
圖4 減少QE和QF體二極管導電的時序圖
試驗結果
為了查看這種技術在減少主體二極管導電方面的效果如何，我們對一個390-V到12-V相移、全橋接轉換器進行了改進，旨在通過圖2和4所示信號驅動FET。
圖5顯示了同步FET(QE和QF)柵極的波形圖，它們通過OUTA和OUTB PWM輸出驅動。圖中，在OUTA和OUTB之間的延遲時間(tDelay) 期間可以觀測到主體二極管導電。
圖5 QE和QF主體二極管導電波形圖
圖6顯示了同步FET(QE和QF)柵極的波形圖，它們通過圖3所示OUTE和OUTF信號驅動。這些信號都產生自TI新的UCC28950相移、全橋接控制器。圖6表明FET QE和QF導通的同時主體二極管沒有導電。盡管仍然可以看到一些主體二極管導電，但沒有圖5那么多。
圖6 顯示了QE和QF低主體二極管導電的波形圖
我們對兩種驅動方案(OUTA和OUTB與OUTE和OUTF)從20%到滿負載條件下600-W DC/DC轉換器的效率進行了測量。在下一頁的圖7中，顯示了這兩種驅動方案的轉換器效率數據。我們可以看到，相比使用OUTA和OUTB，在50%到100%負載時使用OUTE和OUTF的效率高出約0.4%。0.4%效率增加看起來似乎并不多，但在設計人員努力想要達到“白金”標準時效果就不一樣了。
圖7 不同QE和QF驅動方案下600-W DC/DC轉換器的效率
結論
即使我們可以通過一個并非為同步整流(OUTA和OUTB驅動方案)而設計的相移、全橋接控制器來對一個具有同步整流器的相移、全橋接轉換器進行控制，實現ZVS所要求的OUTA和OUTB之間接通延遲也會使兩個同步FET在同一時間(tDelay) 關閉。這種延遲會導致在FET快速續流期間出現過多的體二極管導電。本文表明更加有效的方法是：在快速續流期間疊加同步整流器的“接通”時間，以便讓體二極管不導電。利用這種方法，雖然體二極管導電并沒有完全消失，但其被極大減少，從而提高了整體系統效率，讓“白金”效率標準更容易達到。