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干货 | 详解开关电源同步整流技能_电路_电压

南宫静远 2025-01-24 05:23:46 0

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开关电源的损耗紧张由3部分组成:功率开关管的损耗,高频变压器的损耗,输出端整流管的损耗。
在低电压、大电流输出的情形下,整流二极管的导通压降较高,输出端整流管的损耗尤为突出。
快规复二极管(FRD)或超快规复二极管(SRD)可达1.0~1.2V,纵然采取低压降的肖特基二极管(SBD),也会产生大约0.6V的压降,这就导致整流损耗增大,电源效率降落。

问题举例

但设采取3.3V乃至1.8V或1.5V的供电电压,所花费的电流可达20A。
此时超快规复二极管的整流损耗已靠近乃至超过电源输出功率的50%。
纵然采取肖特基二极管,整流管上的损耗也会达到(18%~40%)PO,占电源总损耗的60%以上。
因此,传统的二极管整流电路已无法知足实现低电压、大电流开关电源高效率及小体积的须要,成为制约DC/DC变换器提高效率的瓶颈。

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同步整流技能弁言

在电源转换领域,输出直流电压不高的隔离式转换器都利用 MOSFET作为整流器件。
由於这些器件上的导通损耗较小,能够提高效率因而运用越来越广泛;

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(图片来自网络侵删)

为了这种电路能够正常运作,必须对同步整流器(SR)加以掌握,这是基本的哀求。
同步整流器是用来取代二极管的,以是必须选择适当的方法,按照二极管的事情规律来驱动同步整流器。
驱动旗子暗记必须用PWM掌握旗子暗记来形成,而PWM掌握旗子暗记决定著开关型电路的不同状态。

同步整流器件的特点

同步整流技能便是采取低导通电阻的功率MOS管代替开关变换器快规复二极管,起整流管的浸染,从而达到降落整流损耗,提高效率的目的。
常日,变换器的主开关管也采取功率MOS管,但是二者还是有一些差异的。

功率MOS管实际上是一个双引导电器件,由于事情事理的不同,而导致了其他一些方面的差异。
例如:作为主开关的MOS管常日都是硬开关,因此哀求开关速率快,以减小开关损耗;而作为整流/续流用的同步MOS管,则哀求MOS管具有低导通电阻、体二极管反向规复电荷小、栅极电阻小和开关特性好等特点,因此,虽然两者都是MOS管,但是它们的事情特性和损耗机理并不一样,对它们的性能参数哀求也不一样,认识这一点,对付如何精确选用MOS管是有益的。

同步整流的基本电路构造

同步整流是采取通态电阻极低的专用功率MOSFET,来取代整流二极管以降落整流损耗的一项新技能。
它能大大提高DC/DC变换器的效率并且不存在由肖特基势垒电压而造成的去世区电压。
功率MOSFET属于电压掌握型器件,它在导通时的伏安特性呈线性关系。
用功率MOSFET做整流器时,哀求栅极电压必须与被整流电压的相位保持同步才能完成整流功能,故称之为同步整流。

事情办法的比较

传统的同步整流方案基本上都是PWM型同步整流,主开关与同步整流开关的驱动旗子暗记之间必须设置一定的去世区韶光,以避免交叉导通,因此,同步整流MOS管就存在体二极管导通和反向规复等问题,从而降落同步整流电路的性能。

双端自激、隔离式同步整流电路

实际举例(反激同步整流设计 )

基本的反激电路构造

一种实际的外驱电路

增加驱动能力的外驱电路

由NMOSFET构成的反激同步整流自驱动电路构造

由PMOSFET构成的反激同步整流自驱动电路构造

反激同步整流驱动电路选择

同步整流管的驱动办法有三种:第一种是外加驱动掌握电路,优点是其驱动波形的质量高,调试方便。
缺陷是:电路繁芜,本钱高,在追求小型化和低本钱的本日只有研究代价,基本没有运用代价。
上图是大略的外驱电路,R1D1用于调度去世区。
该电路的驱动能力较小,在同步整流管的Ciss较小时,可以利用。
图6是在图5的根本上增加副边推挽驱动电路的构造,可以驱动Ciss较大的MOSFET。
在输出电压低于5V时,须要增加驱动电路供电电源。

第二种是自驱动同步整流。
优点是直接由变压器副边绕组驱动或在主变压器上加独立驱动绕组,电路大略、本钱低和自适应驱动是紧张上风,在商业化产品中广泛利用。
缺陷是电路调试的柔性较少,在宽输入低压范围时,有些波形须要附加限幅整形电路才能知足驱动哀求。
由于Vgs的正向驱动都正比于输出电压,调节驱动绕组的匝数可以确定比例系数,且输出电压都是很稳定的,以是驱动电压也很稳定。
比较麻烦的是负向电压可能会超标,须要在设计变压器变比时考虑驱动负压幅度。

第三种是半自驱。
其驱动波形的上升或低落沿,一个是由主变压器供应的旗子暗记,另一个是独立的外驱动电路供应的旗子暗记。
上图是针对自驱的负压问题,用单独的放电回路,供应同步整流管的关断旗子暗记,避开了自驱动负压放电的电压超标问题。

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