1MHz高频多谐振软开关DC/DC变换器：高效率与超频设计

本文主要探讨了一种创新的开关频率高达1MHz的多谐振直流-直流变换器的设计与分析。该变换器的独特之处在于所有开关管工作在零电压开关(ZVS)状态，而整流二极管则工作在零电流开关(ZCS)状态，这显著提高了转换效率并减轻了开关损耗。这种设计使得变换器具有极高的高频适应性，对于追求轻量化和小型化的电源产品而言，具有显著的优势。 在引言部分，作者指出当前电源产品的轻小化趋势推动了对高开关频率的需求，但传统方法受限于开关器件的损耗。软开关技术的出现解决了这个问题，允许开关频率轻松超过100kHz，尤其是控制型软开关，如移相全桥和不对称半桥，虽然能有效降低损耗，但整流二极管的硬关断和反向恢复问题限制了它们在高频下的应用。 本文介绍的多谐振变换器则突破了这一局限，采用LLC串联结构，通过调整开关频率来保持输出电压恒定，同时利用谐振网络实现所有半导体器件的软开关，包括开关管和整流二极管。这使得电路能够在1MHz以上的频率下稳定运行，整流二极管没有硬关断问题，从而避免了反向恢复问题。 具体的工作原理是，由两个主开关S1和S2组成的半桥结构，驱动信号为占空比固定的50%互补波形。LC谐振网络由电感Ls、电容Cs和变压器励磁电感Lm组成，谐振网络与半桥的中点和地相连，同时作为隔直电容。输出端，整流二极管D1和D2形成中心抽头整流电路，直接连接到输出电容Co。 通过式(1)给出的LC谐振频率公式，fs = 1/(2π√(Ls * C_s))，设计者可以精确控制谐振条件，以优化电路性能。实验证明，这种135V输入，54V/3A输出的样机在额定条件下效率达到了88.7%，证明了变换器在高频率下的高效运作和稳定性。 总结来说，这篇文章提供了一种新颖的多谐振变换器解决方案，它在高频环境下表现出色，具有较高的开关频率和良好的效率，有望成为未来电源设计中的重要技术。同时，它展示了软开关技术在高开关频率下如何克服传统电路的问题，促进了电子技术特别是ARM开发板上的电源设计进步。