在高頻高效功率變換的應(yīng)用場(chǎng)景中，雙管正激變換器逐漸成為工程師們關(guān)注的焦點(diǎn)。其獨(dú)特的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和雙向能量轉(zhuǎn)換能力，使其廣泛用于電動(dòng)汽車(chē)、電池管理系統(tǒng)以及新能源變換模塊中。

一、雙管正激變換器的基本工作原理

雙管正激結(jié)構(gòu)本質(zhì)上是一種以高頻變壓器為核心的能量轉(zhuǎn)換拓?fù)洌蓛蓚€(gè)主功率MOSFET或IGBT管組成一對(duì)協(xié)同工作的開(kāi)關(guān)單元。系統(tǒng)中還包含有變壓器、整流部分及濾波電路。

其基本運(yùn)行可分為兩個(gè)階段：導(dǎo)通階段與續(xù)流階段。

在導(dǎo)通階段，主開(kāi)關(guān)Q1和Q2輪流工作。以Q1導(dǎo)通時(shí)為例，輸入側(cè)電源經(jīng)Q1向變壓器初級(jí)供能，同時(shí)在變壓器次級(jí)感應(yīng)出電壓并通過(guò)整流器向負(fù)載供電。在Q1關(guān)斷、Q2導(dǎo)通的過(guò)程中，系統(tǒng)進(jìn)入續(xù)流狀態(tài)，部分能量繼續(xù)由變壓器磁芯維持輸出電壓。

不同于傳統(tǒng)的單管正激結(jié)構(gòu)，雙管正激通過(guò)交替導(dǎo)通兩個(gè)功率管，使得變壓器的磁芯得以復(fù)位，無(wú)需專(zhuān)用復(fù)位繞組，同時(shí)減少了開(kāi)關(guān)器件的電壓應(yīng)力，提高了整體系統(tǒng)的電能利用效率。

二、雙管正激變換器的性能優(yōu)勢(shì)

1. 更高的變換效率

雙管結(jié)構(gòu)通過(guò)優(yōu)化導(dǎo)通與關(guān)斷過(guò)程，顯著降低了MOSFET的切換損耗，且磁復(fù)位過(guò)程自然平穩(wěn)，大幅減少能量浪費(fèi)。在實(shí)際測(cè)試中，系統(tǒng)整體效率可穩(wěn)定維持在94%以上。

2. 電壓應(yīng)力小，系統(tǒng)更可靠

由于兩個(gè)開(kāi)關(guān)元件輪流導(dǎo)通且工作電壓被分擔(dān)，降低了單個(gè)開(kāi)關(guān)器件所承受的電壓極限。這一特性提升了系統(tǒng)在高壓應(yīng)用下的可靠性，延長(zhǎng)了器件壽命。

3. 無(wú)須額外磁復(fù)位電路，結(jié)構(gòu)更簡(jiǎn)潔

傳統(tǒng)正激結(jié)構(gòu)通常需加入復(fù)位繞組或鉗位電路用于磁芯復(fù)位，而雙管設(shè)計(jì)本身便實(shí)現(xiàn)磁通對(duì)稱(chēng)，自帶復(fù)位效果，減小了變壓器設(shè)計(jì)難度。

4. 適用于高頻、高功率場(chǎng)景

該拓?fù)鋵?duì)頻率提升具有良好兼容性，可適配100kHz以上的高頻應(yīng)用場(chǎng)合。其良好的熱分布能力和功率承載能力，也使其適用于服務(wù)器電源、工業(yè)驅(qū)動(dòng)及新能源汽車(chē)充放電模塊。

5. 軟開(kāi)關(guān)技術(shù)支持，EMI特性更優(yōu)

可通過(guò)同步整流、ZVS（零電壓開(kāi)通）等技術(shù)實(shí)現(xiàn)軟開(kāi)關(guān)，進(jìn)一步降低EMI輻射與熱損耗，為系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行提供更強(qiáng)保障。

三、雙管正激變換器的性能短板

1. 控制電路相對(duì)復(fù)雜

相較單管結(jié)構(gòu)，雙管正激需要精確協(xié)調(diào)兩個(gè)主開(kāi)關(guān)的導(dǎo)通時(shí)序，控制邏輯更為嚴(yán)謹(jǐn)，需使用同步控制芯片或數(shù)字控制算法。

2. 器件成本與系統(tǒng)成本上升

雙管結(jié)構(gòu)需配置雙倍主功率管以及相應(yīng)驅(qū)動(dòng)單元，加上磁性元件的設(shè)計(jì)冗余，對(duì)成本較為敏感的低功率場(chǎng)合不夠經(jīng)濟(jì)。

3. 對(duì)PCB設(shè)計(jì)與熱管理要求更高

高頻高功率運(yùn)行條件下，PCB走線(xiàn)、散熱銅箔厚度以及器件布局需做特殊優(yōu)化，否則容易引起寄生參數(shù)干擾或局部過(guò)熱。

4. 適用場(chǎng)景需精細(xì)匹配

盡管性能優(yōu)越，但其設(shè)計(jì)初衷偏向于高效率、高功率轉(zhuǎn)換場(chǎng)景，若在輕負(fù)載或低壓系統(tǒng)中使用，效率與性?xún)r(jià)比可能無(wú)法完全體現(xiàn)。

5. 電磁兼容設(shè)計(jì)挑戰(zhàn)增加

高頻導(dǎo)通帶來(lái)的EMI容易影響周邊電路，盡管可通過(guò)軟開(kāi)關(guān)技術(shù)抑制，但仍需在設(shè)計(jì)初期就進(jìn)行充分的EMI濾波與屏蔽處理。

四、實(shí)際應(yīng)用中的表現(xiàn)與工程經(jīng)驗(yàn)

在電動(dòng)汽車(chē)的OBC（車(chē)載充電器）系統(tǒng)中，雙管正激變換器已經(jīng)成為主流方案之一。工程實(shí)測(cè)表明，其在充電電流連續(xù)性、反灌能力以及電網(wǎng)友好性方面優(yōu)于傳統(tǒng)Buck-Boost結(jié)構(gòu)。

同時(shí)，在數(shù)據(jù)中心48V-12V中壓直流電源模塊中，也普遍采用雙管正激結(jié)構(gòu)，以滿(mǎn)足小體積、高效率、熱穩(wěn)定的需求。

總結(jié)

雙管正激變換器以其優(yōu)異的高頻性能、可靠的雙向變換能力以及良好的電壓應(yīng)力控制，成為現(xiàn)代高性能電源設(shè)計(jì)的重要基礎(chǔ)。然而在選擇應(yīng)用時(shí)，需充分評(píng)估其控制復(fù)雜性與成本問(wèn)題。對(duì)追求高效率與大功率應(yīng)用的工程項(xiàng)目而言，它無(wú)疑是一個(gè)值得信賴(lài)的核心方案。