中心議題：

• 交錯式DC/DC轉換器改進方案

解決方案：

• 提高開關電源重載效率
• 通過控製相數實時優化效率
• 通過DCM操作實時優化效率
• 考慮功率級和控製器的設計

與傳統的並聯輸出級晶體管相比，交錯式DC/DC轉換器拓撲結構能夠實現更高效率的設計
，且仍然有改進的餘地。在交錯式操作中
，許多微型轉換器單元（或相位）binglianfangzhi。lixiangqingkuangxia，youyuanxiangyikongzhidianlujianggonglvjunyunfenpeiyugexiang
，erqiezhezhongfangfanenggouxiaochushuchuduandedianliuwenbo，bingtigaoyouxiaowenbopinlv，congerjiangdiduishuchulvboqidianrongdeyaoqiu。jiaocuofangfahainengxianzhujiangdiduishurudianganhedianrongdeyaoqiu。

raner，zhezhongfangfayoujigequedian。quedianzhiyishixuyaoquanhengzhuanhuanqidemanzaixiaolvyuqingzaixiaolv。zaijingtiguanjibingliandeqingkuangxia，daotongsunhaojianxiao
，dankaiguansunhaozengda。manzaishiyidaotongsunhaoweizhu，bucunzaiwenti。danqingzaishixiangfan
，kaiguansunhaochuyuzhipeidiwei。ciwai，gexiangzhijiandejunliuyeshiyigemafandewenti，yibanyouyouyuankongzhidianlulaichuliciwenti（如果沒有該電路
，並聯各相之間的微小器件不匹配就會造成巨大的相位電流不平衡）
，有些方法優於其它方法。

圖1：雙相交錯式雙開關正向轉換器

shuzidianyuanguanlinenggouzhixingfuzadekongzhisuanfa，bingjuyoushujuzongxiannengli，yinernenggougengyoulidijiejuezhexiewenti。xiamianwomenjiangbagaijishuyingyongyuyigeshuangxiangjiaocuoshishuangkaiguanzhengxiangzhuanhuanqi
，yishixianshishiyouhua，tigaoxiaolv。

A. 輕載與重載

開關電源轉換器的總能量損耗等於導通損耗Pcond與開關損耗Psw之和。給定輸出電流Iout和開關頻率fs
，開關損耗為（公式1）：

Psw = Psw1 + Psw2 = ksw1 • Iout • fs + ksw2 • fs

其中，ksw1和ksw2是與器件相關的開關損耗係數。一般說來，晶體管尺寸越大，則ksw1和ksw2越高。

不考慮電感電流紋波
，路徑電阻Rpath上的導通損耗為（公式2）：

Pcond = Iout2 • Rpath

並聯使用交錯相位可以降低路徑電阻

，從而提高重載效率。然而，輕載時的功率損耗以開關損耗為主。ksw1和ksw2suizhexiangweizengduoertigao，jiaocuocaozuohuixianzhujiangdiqingzaixiaolv。yinci，yudanxiangzhuanhuanqixiangbi，jiaocuoshiduoxiangzhuanhuanqijuyougenggaodezhongzaixiaolv，danqingzaixiaolvzejiaodi。zhuanhuanqidexiaolvwei（公式3）：

對於單相轉換器，空載時的電源轉換效率為0，因為開關損耗部分Psw2始終存在。當輸出電流增大時
，Psw2變得微不足道

，因而效率隨之提高。公式3中zhong的de分fen母mu是shi一yi個ge二er階jie多duo項xiang式shi
，而er分fen子zi僅jin有you一yi階jie，因yin此ci當dang輸shu出chu電dian流liu經jing過guo最zui優you點dian後hou，效xiao率lv又you開kai始shi下xia降jiang。對dui於yu雙shuang相xiang轉zhuan換huan器qi，效xiao率lv最zui優you點dian時shi的de輸shu出chu電dian流liu為wei單dan相xiang轉zhuan換huan器qi的de兩liang倍bei。因yin此ci，相xiang位wei越yue多duo
，重zhong載zai效xiao率lv越yue高gao，但dan輕qing載zai效xiao率lv則ze越yue低di。

以yi前qian認ren為wei

，隻zhi有you滿man載zai效xiao率lv才cai是shi重zhong要yao的de。但dan如ru今jin，電dian源yuan轉zhuan換huan器qi更geng多duo時shi候hou是shi為wei輕qing載zai供gong電dian，而er不bu是shi為wei重zhong載zai供gong電dian。隨sui著zhe節jie能neng需xu求qiu日ri益yi高gao漲zhang
，較jiao高gao的de輕qing載zai效xiao率lv對dui於yu電dian源yuan至zhi關guan重zhong要yao。因yin此ci，設she計ji師shi希xi望wang利li用yong智zhi能neng交jiao錯cuo控kong製zhi器qi來lai實shi現xian所suo有you負fu載zai下xia的de高gao效xiao率lv運yun作zuo。
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B. 通過控製相數實時優化效率

yishangdegonglvsunhaofenxixianshi，ranglianggebinglianxiangweitongshizaiqingzaixiagongzuoshibuheshide。ruguoguanbiyigexiangwei，qingkuangjiangdaweigaiguan。daotongsunhaozengda

，dankaiguansunhaojianxiao，yinciqingzaixiaolvgenggao。guanjianshiyaoquebaoshishiyouhuaxiangshu。

圖2所示為一個雙相交錯式雙開關正向轉換器的實驗波形
，本例采用ADI公司的數字控製器ADP1043實施控製。當總負載電流降至某一閾值以下時，第二相位禁用。如圖3所示，當一個相位關斷時，輕載效率得到提高。實施和不實施相位優化控製的輕載效率差可能高達15%。

圖2：利用ADP1043實現自動相位關斷

C. 通過DCM操作實時優化效率

從圖3可以看出，對於極低的負載
，即使以單相工作，效率也會大幅下降。原因之一是轉換器的副邊使用同步整流器（圖1），當dang輸shu出chu電dian流liu水shui平ping低di於yu電dian流liu紋wen波bo時shi，反fan向xiang電dian流liu就jiu會hui流liu過guo輸shu出chu電dian感gan
，這zhe種zhong循xun環huan電dian流liu會hui引yin起qi導dao通tong損sun耗hao。為wei了le提ti高gao效xiao率lv，一yi種zhong解jie決jue方fang案an是shi關guan斷duan所suo有you副fu邊bian同tong步bu整zheng流liu器qi，放fang任ren體ti二er極ji管guan或huo並bing聯lian二er極ji管guan（多數情況下是肖特基二極管）自由處理。當負載足夠低時，轉換器以斷續電流模式(DCM)工作
，從而避免循環電流的問題。
 

圖3：高效率交錯式雙開關正向轉換器

采用這種方案，轉換器效率比連續電流模式(CCM)高5%。此外，輕負載時關斷一相可以進一步提高整個應用負載範圍的效率。

D. 考慮功率級和控製器的設計

除了采取上述措施來優化實時效率以外
，設計師還必須仔細考慮功率級和控製器的設計。功率級、檢jian測ce網wang絡luo和he反fan饋kui控kong製zhi電dian路lu存cun在zai固gu有you的de傳chuan播bo延yan遲chi，因yin此ci在zai快kuai速su負fu載zai升sheng壓ya瞬shun變bian過guo程cheng中zhong，係xi統tong必bi須xu保bao持chi第di一yi相xiang位wei的de輸shu出chu電dian壓ya穩wen定ding後hou，才cai能neng啟qi動dong第di二er相xiang位wei。而er且qie，係xi統tong應ying能neng短duan時shi間jian處chu理li全quan功gong率lv。晶jing體ti管guan的de選xuan擇ze應ying當dang基ji於yu這zhe種zhong熱re敏min感gan條tiao件jian。此ci外wai，磁ci學xue設she計ji應ying能neng避bi免mian係xi統tong在zai較jiao高gao輸shu出chu電dian流liu下xia發fa生sheng飽bao和he。

至於控製器
，反饋補償器需要根據不同的工作模式進行調整，因為功率級傳遞函數會隨著相數和CCM/DCM條tiao件jian的de不bu同tong而er改gai變bian。這zhe就jiu需xu要yao控kong製zhi器qi提ti供gong智zhi能neng管guan理li
，傳chuan統tong的de控kong製zhi器qi很hen難nan勝sheng任ren。另ling外wai，數shu字zi電dian源yuan管guan理li控kong製zhi器qi能neng夠gou自zi動dong檢jian測ce負fu載zai條tiao件jian，並bing且qie平ping穩wen切qie換huan到dao合he適shi的de轉zhuan換huan器qi模mo式shi。

各ge相xiang均jun流liu交jiao錯cuo式shi操cao作zuo本ben身shen並bing不bu能neng確que保bao電dian流liu均jun勻yun分fen配pei。由you於yu並bing聯lian各ge相xiang共gong享xiang同tong一yi電dian壓ya反fan饋kui
，所suo以yi不bu存cun在zai因yin基ji準zhun電dian壓ya不bu匹pi配pei而er導dao致zhi的de誤wu差cha。因yin此ci
，負fu載zai不bu平ping衡heng與yu器qi件jian容rong差cha、驅動不平衡和時序誤差有關。

dianliubupinghenghuizaochengreyingliheqijianyingli。zhenduikenengfashengdeguoyinglizhuangkuang，jingtiguanhecixingqijianbixucaiqubaoxiansheji。ciwai，xiaolvyehuishouyingxiang。liru，ruguojiaocuoshizhengxiangzhuanhuanqidezongdianliuwei30A
，兩相分別提供10A和20A的電流，那麼該因素所致的效率下降幅度接近1%。

有兩種控製方案可用來實現各相均流：內nei環huan路lu均jun流liu和he雙shuang環huan路lu均jun流liu。內nei環huan路lu均jun流liu本ben質zhi上shang是shi電dian流liu模mo式shi控kong製zhi。電dian壓ya補bu償chang器qi的de輸shu出chu用yong作zuo均jun流liu總zong線xian
，為wei所suo有you相xiang位wei提ti供gong輸shu出chu電dian流liu參can考kao。在zai電dian壓ya環huan路lu內nei
，均jun流liu環huan路lu設she計ji不bu受shou電dian壓ya帶dai寬kuan的de限xian製zhi，均jun流liu響xiang應ying甚shen至zhi可ke以yi比bi電dian壓ya環huan路lu更geng快kuai。然ran而er
，當dang設she計ji外wai電dian壓ya環huan路lu時shi，必bi須xu考kao慮lv內nei環huan路lu的de影ying響xiang。如ru果guo內nei環huan路lu更geng快kuai
，外wai環huan路lu的de電dian壓ya調tiao節jie功gong能neng可ke能neng會hui被bei削xue弱ruo。
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在(zai)雙(shuang)環(huan)路(lu)操(cao)作(zuo)中(zhong)
，電(dian)壓(ya)調(tiao)節(jie)環(huan)路(lu)和(he)均(jun)流(liu)環(huan)路(lu)並(bing)聯(lian)。各(ge)相(xiang)有(you)一(yi)個(ge)專(zhuan)用(yong)均(jun)流(liu)補(bu)償(chang)器(qi)來(lai)確(que)保(bao)其(qi)電(dian)流(liu)跟(gen)隨(sui)均(jun)流(liu)總(zong)線(xian)
，它(ta)可(ke)以(yi)是(shi)並(bing)聯(lian)各(ge)相(xiang)的(de)平(ping)均(jun)電(dian)流(liu)或(huo)最(zui)高(gao)相(xiang)位(wei)電(dian)流(liu)。各(ge)相(xiang)的(de)均(jun)流(liu)環(huan)路(lu)輸(shu)出(chu)與(yu)公(gong)共(gong)電(dian)壓(ya)補(bu)償(chang)器(qi)輸(shu)出(chu)相(xiang)加(jia)，產(chan)生(sheng)該(gai)相(xiang)的(de)占(zhan)空(kong)比(bi)信(xin)號(hao)。這(zhe)樣(yang)

，均(jun)流(liu)控(kong)製(zhi)器(qi)和(he)電(dian)壓(ya)調(tiao)節(jie)控(kong)製(zhi)器(qi)均(jun)會(hui)影(ying)響(xiang)占(zhan)空(kong)比(bi)信(xin)號(hao)的(de)產(chan)生(sheng)。采(cai)用(yong)這(zhe)種(zhong)控(kong)製(zhi)結(jie)構(gou)時(shi)
，各(ge)環(huan)路(lu)可(ke)以(yi)靈(ling)活(huo)設(she)計(ji)，設(she)計(ji)師(shi)不(bu)必(bi)過(guo)份(fen)擔(dan)心(xin)均(jun)流(liu)環(huan)路(lu)與(yu)電(dian)壓(ya)調(tiao)節(jie)環(huan)路(lu)的(de)相(xiang)互(hu)影(ying)響(xiang)。

無wu論lun采cai用yong何he種zhong均jun流liu方fang案an，為wei了le進jin行xing有you源yuan控kong製zhi，必bi須xu檢jian測ce各ge相xiang的de電dian流liu。傳chuan統tong方fang法fa是shi各ge相xiang均jun使shi用yong電dian流liu檢jian測ce方fang案an。電dian流liu檢jian測ce一yi般ban用yong於yu保bao護hu目mu的de，這zhe種zhong技ji術shu會hui增zeng加jia交jiao錯cuo式shi轉zhuan換huan器qi的de成cheng本ben。

為了利用一路輸入檢測兩相的電流，控製器必須分離各相的電流。在交錯式正向操作中，主開關的占空比始終低於50%，以免變壓器飽和。在180duxiangyixia，zhukaiguandianliujiancebuhuifashengxinhaozhongdie。yinci，tongguoshuzikongzhikeyiduijiancexinhaojinxingfenpei
，shizhiyugexiangdezhankongbixinhaoduiqi。zheyang，zhishiyongyigedianliujiancedianlujiunengqingchudibianbiegexiangdedianliu。kongzhiqijiankonggexiangzhongliudongdedianliu，cunchucixinxi，bingqiebuchangqudongxinhaoyiquebaojunliu。

圖4所示為一個利用ADP1043控製器實施以上方案的交錯式正向轉換器示例。顯而易見，因為占空比低於50%，所(suo)以(yi)利(li)用(yong)一(yi)個(ge)公(gong)共(gong)電(dian)流(liu)檢(jian)測(ce)點(dian)
，控(kong)製(zhi)器(qi)就(jiu)能(neng)確(que)定(ding)各(ge)相(xiang)的(de)電(dian)流(liu)。如(ru)果(guo)不(bu)實(shi)施(shi)均(jun)流(liu)控(kong)製(zhi)
，第(di)二(er)相(xiang)位(wei)的(de)電(dian)流(liu)幾(ji)乎(hu)是(shi)第(di)一(yi)相(xiang)位(wei)的(de)兩(liang)倍(bei)。啟(qi)用(yong)均(jun)流(liu)控(kong)製(zhi)後(hou)，兩(liang)相(xiang)之(zhi)間(jian)的(de)電(dian)流(liu)差(cha)大(da)幅(fu)降(jiang)低(di)到(dao)5%。

圖4. 兩相均流控製的效果：（上圖）啟用均流控製；（下圖）禁用均流控製。

zongeryanzhi，jiaocuoshicaozuonenggoutigongdanxiangshejisuobujubeideyoudian。shiyongshuzidianyuanguanlikeyijinyibukuodajiaocuoshicaozuodehaochu。shuzikongzhihainengshixianjiandandejunliufangan。