文/潘少祠 姚岛 王微

开关电源作为半导体电力技术的基础产品，市场需求量大，高功率密度、低损耗和稳定可靠型是主流发展趋势。DCDC变换器作为开关电源中的核心电路，是影响开关电源性能的重要因素。开关电源因为功率管是工作在开关状态，过程会产生高次谐波，电磁兼容EMI问题严重，所以研究和设计DCDC变换器还涉及到解决EMI问题。产品满足安全、电磁兼容等规范，才能保证应用场合中设备安全、信息安全、人员安全。开关电源的设计核心是选择合适的DCDC变换器电路拓扑结构和工作方式，关键部件是磁性元器件(变压器)的设计和开关功率管的选型。本文在研究桥式电路的工作特性基础上，设计出满足应用要求的变换器谐振工作模型。

1 原理与设计

1.1 桥式变换器主要结构

如图1和图2为桥式变换器的两种主要结构：半桥和全桥。半桥变换器的工作模态：

（1）在t0时刻，V1导通和V2关断，对电容C1C2充电，有Vin=N1AdB/dt能量通过变压器传输到负载。

（2）在t1时刻，V1和V2关断，此时变压器原边电流为最大，由于变压器漏感和次级电感的作用，原边和副边电流方向保持不变，电容放电电流减少。

（3）在t2时刻，V1关断和V2导通，根据变压器原理，变压器副边感应电动势极性反向，电流方向减少至零之后开始负向增大，变压器原边电流和电压计算公式与（1）相同，方向相反。

（4）在t3时刻，V1和V2关断，此时原边电流为最大，重复（2）。

（5）在t4时刻，V1导通和V2关断，重复（1）。

全桥变换器的工作模态相类似，但电流应力增加一倍，因此全桥变换器适合用在大功率变换器。

1.2 变换器电路理论研究

谐振电路增益（M）公式：

公式（1）中：输出电压Uo，输入电压Ui，变压器变比n；桥式谐振电路中主要谐振元件：Lr谐振电感，Cr谐振电容，谐振频率谐振槽特征阻抗电路的工作频率fs，根据阻抗特性，当fs>fr时，输入电压超前输入电流，能实现ZVS，利于满足EMI要求。

1.3 电路的主要参数

根据fs>fr条件进行电路参数设计，电路的主要参数指标如表1所示。

1.4 输出滤波电容设计

1.5 主管MOS管参数和整流管选择

根据电路对功率MOS管的电压应力、电流应力、功率和MC34067芯片驱动能力要求，选择型号SCT3160KLGC11作为开关功率MOS管，其主要参数：Rds(on)=0.16,Cis s=398pF,ton=14ns,tr=18ns,Qgs=11nC,ID=17A（脉冲IDpulse=42A）,PD=103W。根据MOS管参数驱动峰值电流：I=Q/t=0.35A；当驱动电压Vgs=18V,Rg=18Ω时，MOS管的驱动峰值电流：I= CU/t=0.4A， MC34067芯片的驱动能力满足要求。最大功率输出时单个MOS管损耗Pmos1=116W，大于单个MOS管损耗，因此需要选择多个MOS管并联使用，根据电路效率η及功率要求，选择双管并联，共8个管组成全桥电路，此时单个MOS管损耗Pmos1=19W，总的MOS管损耗Pmos=152W；副管选超快恢复二极管STTH100W04CW组成全桥整流，整流管损耗Pdio=64W。

2 DCDC变换器电路仿真模型及波形

表1：电路的主要参数指标

图1：半桥变换电路

图2：全桥变换电路

MC34067控制芯片是专门用于桥式谐振电路控制模式的专用芯片，双高电流图腾极输出驱动可直接驱动变压器驱动门极，驱动输出能力：1.5A峰值驱动电流和0.3A连续电流。根据设计的电路模型进行仿真，仿真结果验证全桥电路工作在ZVS和ZCS状态，变换器输出功率：5045W，直流输入功率：5282W变换器电路效率η=0.955，电路参数满足要求。

3 结论

通过研究全桥变换器谐振电路拓扑模型，基于MC34067建立电路仿真模型试验平台，根据设计的参数验证了电路的可行性，研究各个参数对工作状态、转换效率、可靠性的影响。为进一步研究和设计符合实际应用要求的DCDC变换器平台建立基础。