1.2 核心电路设计
车用DC电源较普通DC电源不同, 工作环境恶劣、 电流瞬变、 电流大是其基本的特征, 传统PFM结构系统中单稳态触发部分和电压采样部分常使用多个比较器, 为抑制模拟比较器直流偏置存在造成的静态功耗, 必须在控制级采用零偏置电流比较器结构。 由于车载用电器电流需求大, 故车用DC/DC放电电流一般在几安培到几十安培之间, 一般不存在毫安级工作负载, 故根据需求将控制级电路做出优化, 将不必要的冗余电路设计去除。 注意: 因输出电压是PWM波形, 其中含有大量的高次谐波, 故必须用适当的滤波器滤除。
1.2.1 Buck型零电流开关准谐振变换电路
零电流开关准谐振变换器与普通的Buck型变换电路相比, 实现了电路中开关器件的零电流导通与关断。
Buck型零电流开关准谐振变换基本拓扑如图1所示: 由于L1的作用, Q1在零电流下导通。 开关导通后, L1与C1谐振, 使通过Q1的电流近似正弦波形。 当电感电流谐振到零时, Q1可在零电流条件下关断。
从上面的分析可以看出, Buck型零电流开关准谐振变换电路中, Q1在良好的条件下完成导通与关断, 避免了寄生震荡, 保证了系统稳定性。
1.2.2 零电流开关PWM变换控制电路
PWM变换控制电路采用滞环比较的方式, 把指令电压和半桥逆变器电路输出的电压进行比较, 通过滤波器滤除偏差信号中的谐波分量, 滤波器的输出送入滞环比较器, 由比较器的输出控制主电路开关器件的通断, 从而实现电压跟随控制。
使用零偏置电压比较器对输出电压值进行量化,结构简单, 性能稳定, 容易单片集成且功耗较低,Buck型零电流开关PWM变换器基本拓扑如图2所示。
Buck型零电流开关PWM变换器初始时刻, Q1在L2的作用下零电流导通, 电感电流IL 2在VCC的作用下线性上升。 当IL 2=IR1时刻, D2在零电流条件下自然关断, 之后L2与C2开始谐振, 经过半个谐振周期,L2上电流IL 2以谐振方式再次达到IR0, UC 2上升到2VCC, 此时Q2处于关断状态, 故IL2和C2将保持在该值上, 无法继续谐振。 此状态的持续时间由电路的PWM控制决定, 当需关断Q1时, 先开通Q2, L2与C2再次谐振, 当IL2谐振到零时, D2导通, IL2继续反方向谐振并到零。 此期间Q1可在零电流零电压条件下完成关断过程, 此时UC2在I0作用下衰减到零, D1自然导通, Q2可在此后至下个PMW高电平到来之前以零电流零电压方式完成关断。