一、 设计背景与挑战#

在 48V 输入的电信电源系统中，100W 至 250W 的功率需求最为常见。传统的单相正激变换器（Forward Converter）在应对 30A 以上的输出电流时，面临着严重的瓶颈：

• 次级损耗剧增：导通损耗与电流的平方成正比。
• 电感设计困难：高电流下的电感磁饱和风险与体积难以平衡。
• 纹波挑战：单相输出电感的纹波电流直接冲击输出电容，降低电容寿命。

为了突破这些限制，本文采用交错式有源钳位正激（Interleaved Active Clamp Forward）拓扑。这种设计将 60A 的负载平摊到两个 180° 相移的通道中，从而大幅提升效率和功率密度。

二、 交错式设计架构#

交错并联的核心优势在于“纹波抵消效应”。将总功率分摊为两相后，每相电流降至 30A 以下。

三、 次级电感与滤波设计#

在交错式拓扑中，输出电流是两相电流的叠加。

• 电流抵消（Current Cancellation）：当两相以 180° 相位差运行时，相位间的电流涟漪部分互相抵消。这允许使用更小的电感值，且依然能获得极低的输出纹波。
• 电容配置：选用四个 180μF 固态聚合物电容（Low ESR）。由于交错效应，系统仅需较小的电容量即可将输出峰-峰纹波控制在 50mV 以内。

四、 同步整流与功率管选型#

在大电流应用中，肖特基二极管的压降会导致巨大的功耗，因此**同步整流（SR）**是必选项。

1. MOSFET 选型：考虑到有源钳位对电压应力的抑制，以及 48V 输入范围，主边选用额定电压适当的 MOSFET。次级同步整流管选用极低导通电阻（）的 30V MOSFET。
2. 并联策略：为了分散热量，次级整流管和续流管采用多个 MOSFET 并联。即使在 20% 的电流不平衡极端情况下，也能确保结温在安全范围。
3. 自驱动同步整流：利用变压器次级电压直接驱动同步 MOSFET，简化了驱动电路并保证了时序的一致性。

五、 主从控制与同步策略#

确保两相电路严格相差 180° 是设计的关键：

• 控制架构：采用主-从（Master-Slave）控制模式。主控制器生成基准时钟，从控制器通过外部同步信号锁定相位。
• 频率锁定：通过将从控制器的自由振荡频率设置得略低于主控制器，确保锁相环（PLL）能够快速、稳定地同步。
• 软启动一致性：通过共享反馈信号和软启动电路，确保两个相位在启动过程中电流均衡，避免由于一相先工作导致的电感饱和或电压过冲。

六、 性能表现与结论#

该设计实测在 60A 满载负载下，效率超过 92%。其显著优势包括：

• 直接转换：无需中间总线转换（Intermediate Bus），直接从 48V 降压至隔离稳压的 5V 输出。
• 热管理优异：损耗分布在两套功率组件中，避免了局部热点。
• 简化系统：由于效率提升，减轻了前端整流器的散热和功率负担。

结语#

交错式有源钳位正激变换器通过“分而治之”的策略，成功将正激拓扑的功率上限扩展到了 60A。对于电信级大功率电源模块，这种设计在效率、纹波控制和热可靠性方面展现了卓越的工业化价值。