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标题：有源钳位副边自驱动同步整流技术介绍随着电子技术的快速发展，有源钳位副边自驱动同步整流技术已成为现代电力电子应用的重要技术之一。
该技术广泛应用于各种大功率电源系统，如电动汽车、风力发电、太阳能发电等，具有高效、节能、环保等优点。
本文将介绍有源钳位副边自驱动同步整流技术的原理、优点和应用。
一、原理有源钳位副边自驱动同步整流技术是一种利用电力电子技术实现电压和电流的同步整流技术。
其基本原理是在副边电路中使用电力电子器件，如二极管、晶闸管、IGBT等，通过控制这些器件的导通和关断，实现电流的有源钳位，从而消除电压波动，达到稳定输出的目的。
二、优点1. 高效节能：有源钳位副边自驱动同步整流技术能够有效地减少能量损失，提高电源系统的效率。
由于不需要使用变压器，因此减少了变压器的铜耗和铁耗，从而提高了整个系统的效率。
2. 可靠性高：由于采用了电力电子器件，有源钳位副边自驱动同步整流技术具有较高的可靠性和稳定性。
这些器件的开关速度极快，能够在短时间内响应负载的变化，从而避免了由于负载变化引起的电压波动。
3. 适用范围广：有源钳位副边自驱动同步整流技术适用于各种功率等级的电源系统，如中小功率电源、大功率电源等。
由于其灵活性和适应性，该技术已经成为现代电力电子应用的重要技术之一。
三、应用有源钳位副边自驱动同步整流技术在电动汽车、风力发电、太阳能发电等领域得到了广泛应用。
在这些领域中，电源系统的功率等级较大，对效率的要求较高。
因此，有源钳位副边自驱动同步整流技术成为这些领域中的重要技术之一。
在电动汽车领域，有源钳位副边自驱动同步整流技术可以有效地提高电池组的充电速度和续航里程。
通过使用该技术，可以减少充电过程中能量的损失，从而提高充电效率。
同时，该技术还可以提高电池组的寿命和安全性。
在风力发电和太阳能发电领域，有源钳位副边自驱动同步整流技术可以有效地提高电源系统的稳定性和可靠性。
由于风力和太阳能等自然能源的波动性较大，因此需要高效的电源系统来稳定输出电压和电流。
同步整流芯片
同步整流芯片是一种常见的功率电子器件。
它主要用于将交流电信号转换为直流信号，以供电子设备使用。
在工业领域、通信领域、汽车电子领域等多个领域都有广泛的应用。
同步整流芯片的工作原理是利用有源器件，如晶体三极管或场效应管，将交流电平转换为直流电平。
它通过控制晶闸管的开关，将电源电压的正负半周交替地传递到负载上，实现对输入电流的控制和调节。
同步整流芯片具有以下几个优点：
1. 高效率：同步整流芯片可以实现高效率的能量转换，减少能量的损耗。
相对于传统的二极管整流器，其效率可以提高10-15%左右。
2. 低热量：同步整流芯片的工作方式可以减少功率损耗，从而降低芯片的温度，延长芯片的寿命。
3. 快速响应：同步整流芯片的响应速度更快，可以实现快速的电流调节和控制，提高电源的稳定性和可靠性。
4. 小尺寸：同步整流芯片结构紧凑，体积小，方便集成在各种电子设备中。
5. 多功能：同步整流芯片可以实现多种功能，如功率因数校正、输出电流控制等，满足不同应用场景的需求。
同步整流芯片的应用非常广泛。
在工业领域，它可以用于电源的设计和控制。
在通信领域，可以用于充电器、逆变器、稳压器等电子设备的设计。
在汽车电子领域，可以用于车载电源系统的设计和控制。
总的来说，同步整流芯片是一种高效、可靠的功率电子器件。
它在能量转换和电源控制方面具有独特的优势，并且在各个领域都有广泛的应用前景。
随着科技的不断进步和应用场景的不断扩大，同步整流芯片将在未来发展中发挥越来越重要的作用。
同步整流总结1概述近年来，为了适应微处理器的发展，模块电源的发展呈现两个明显的发展趋势：低压和快速动态响应，在过去的10年中，模块电源大大改善了分布式供电系统的面貌。
即使是在对成本敏感器件如线路卡，单板安装，模块电源也提供了诱人的解决方案。
然而，高速处理器持续降低的工作电压需要一个全新的，适应未来的电压方案，尤其考虑到肖特级二极管整流模块不能令人满意的效率。
同步整流电路正是为了适应低压输出要求应运而生的。
由于一般的肖特基二极管的正向压降为0.3V以上，在低压输出时模块的效率就不能做的很高，有资料表明采用肖特基二极管的隔离式DC-DC模块电源的效率可以按照下式进行估算：我们假设采用0.4V的肖特基整流二极管，印制板的线路损耗为0.1V，则1.8V的模块最大的估算效率为72%。
这意味着28%的能量被模块内部损耗了。
其中由于二极管导通压降造成的损耗占了约15%。
随着半导体工艺的发展，低压功率MOS管的的有着越来越小的通态电阻，越来越低的开关损耗，现在IR公司最新的技术可以制作30V/2.5m Ω的MOS管，在电流为15A时，导通压降为0.0375，比采用肖特基二极管低了一个数量级。
所以近年来对同步整流电路的研究已经引起了人们的极大关注。
在中大功率低压输出的DC-DC变换器的产品开发中，采用低压功率MOSFET替代肖特基二极管的方案得到了广泛的认同。
今天，采用同步整流技术的ON-BOARD 模块已经广泛应用于通讯的所有领域。
2同步整流电路的工作原理整流管导通压降损耗—印制板的线路损耗—原边和控制电路损耗—fcutoufcutououtoutVVVVVVVV⨯++⨯+≈1.0)1.0(η图1 采用同步整流的正激电路示意图(无复位绕组) 同步整流电路与普通整流电路的区别在于它采用了MOS管代替二极管，而MOS管是它驱的开关器件，必须采用一定的方式控制MOS管的开关。
同步整流电路中功率MOS 管的驱动方式主要有两种：自驱动和它驱动。
收稿日期:2006-01-11作者简介:宋辉淇(1981-),男,福建人,硕士研究生,研究方向为高频功率磁元件分析与应用。
文章编号:1009-3664(2006)03-0034-04研制开发同步整流技术的特点与分析比较宋辉淇,林维明(福州大学电气工程与自动化学院,福建,福州350002)摘要:同步整流技术在低压大电流开关模块电源领域得到了广泛的应用。
文章从同步整流器件、主要电路结构以及工作方式等三个不同的角度,对同步整流技术进行了分析和比较,以便能够更好的理解和应用同步整流技术。
文章最后给出了采用PW M 控制、输出3.3V /8A 的同步整流反激变换器的实验波形。
关键词:同步整流技术;同步整流M O S 管;电路拓扑;驱动方式中图分类号:T N 703文献标识码:AT he Comparison and Analysis of Synchronous Rectificat ionSO N G H u-i qi,L IN We-i ming(College o f Electrical Eng ineering and A uto matio n,Fuzho u U niv ersity ,F uzhou 350002,China)Abstr act:T he synchr onous rectification hav e been analyzed and co mpar ed fr om sev eral differ ent po int s in this art icle.It is convenient to understand the synchro no us r ectificatio n and applied it in pr act ice.In the end of this paper ,a hardwar e pr oto type of 25W(3.3V /8A ),which a pplied the synchr onous r ectificatio n to the flyback co nv erter ,has been built and so me wav ef orms have been g iven.Key wo rds:synchronous rectificat ion;devices;t opolo g ies;driv ing methods0 引言随着计算机、通信技术的发展,低压大电流开关电源越来越成为目前一个重要的研究课题。
同步整流技术的发展及应用（上）从二十世纪末，由于MOSFET技术大幅度进步，引入开关电源技术中的同步整流技术给开关电源效率的提升带来了巨大的收益。
效率提升的百分点从3%~8%，比软开关技术带来的效果要好的多。
而且没有多少专利技术的限制。
目前使用的同步整流有，自驱动方式的同步整流；辅助绕组控制方式的同步整流；控制IC方式的同步整流。
近来已经出现了软开关技术的同步整流方式。
这种软开关的含义主要指减少或消除MOSFET的开关损耗，即减少体二极管的导通时间并消除体二极管的反响恢复时间造成的损耗。
它首先出现在推挽、全桥电路拓扑中，随之又出现在正激电路拓扑中。
软开关方式的同步整流，由于其处理的多为大电流，低电压，所以对效率的提升比初级侧软开关处理的高电压小电流更为有效。
为了更精确地控制二次侧同步整流，已有几种PWM控制IC将同步整流控制信号设计在IC内部，用外部元件调节同步整流信号的延迟时间，从而能更准确地做到同步整流的软开关控制。
此外功率半导体技术的进步使得MOSFET的导通电阻已经达到低于2mΩ，开关速度小于20ns。
栅驱动电荷小于25nq的先进水平。
有些MOSFET的体二极管还做成了快恢复的，这使得DC/DC变换器中只要采用同步整流技术，初级既使不用软开关技术，效果也已经很不错了。
同步整流技术已经成为现代开关电源技术的标志。
凡是高水平开关电源，必定有同步整流技术。
在使用面上早已不再局限于5V、3.3V、2.5V这些低输出电压领域，现在上至12V，15V，19V至24V以下输出，几乎都在使用同步整流技术。
下面介绍和分析各种同步整流技术的优点、缺点及实现方法。
一．自驱动同步整流。
大功率同步整流
大功率同步整流是一种高效能的电力转换技术，能够将交流电转换为直流电，并且具有高功率输出的特点。
它在许多领域中得到了广泛的应用，例如电力系统、电动汽车、工业控制等。
在电力系统中，大功率同步整流器被用于将电网提供的交流电转换为直流电，以满足高功率负载的需求。
通过使用同步整流器，电网的电能可以高效地转化为直流电能，使得电力系统更加稳定可靠。
同时，大功率同步整流器还能够实现电网与电池储能系统之间的双向能量传输，提高了能源的利用效率。
在电动汽车领域，大功率同步整流技术可以将交流电转换为直流电，为电动汽车的电池充电。
由于电动汽车需要大容量的电池来提供动力，因此需要高功率的充电设备。
大功率同步整流器能够在短时间内将电能转移到电池中，提高了充电效率，缩短了充电时间，使得电动汽车更加便捷和实用。
在工业控制领域，大功率同步整流器被广泛应用于工业电力供应系统中。
它可以将电网提供的交流电转换为直流电，为工业设备提供稳定可靠的直流电源。
这种技术不仅能够提高工业设备的运行效率，还能够减少能源的浪费，降低能源成本。
总的来说，大功率同步整流是一种重要的电力转换技术，具有高效能、高功率输出的特点。
它在电力系统、电动汽车、工业控制等领
域中发挥着重要作用。
通过采用大功率同步整流技术，可以实现电能的高效转换和利用，提高能源利用效率，减少能源浪费，推动可持续发展。
同步整流同步整流是采用通态电阻极低的专用功率MOSFET，来取代整流二极管以降低整流损耗的一项新技术。
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死区电压。
简介同步整流的基本电路结构功率MOSFET属于电压控制型器件，它在导通时的伏安特性呈线性关系。
用功率MOSFET做整流器时，要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。
为什么要应用同步整流技术电子技术的发展，使得电路的工作电压越来越低、电流越来越大。
低电压工作有利于降低电路的整体功率消耗，但也给电源设计提出了新的难题。
开关电源的损耗主要由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、大电流输出的情况下，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。
快恢复二极管（FRD）或超快恢复二极管（SRD）可达1.0～1.2V，即使采用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，电源效率降低。
举例说明，笔记本电脑普遍采用3.3V甚至1.8V或1.5V的供电电压，所消耗的电流可达20A。
此时超快恢复二极管的整流损耗已接近甚至超过电源输出功率的50%。
即使采用肖特基二极管，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满足实现低电压、大电流开关电源高效率及小体积的需要，成为制约DC/DC变换器提高效率的瓶颈。
同步整流比之于传统的肖特基整流技术可以这样理解：这两种整流管都可以看成一扇电流通过的门，电流只有通过了这扇门才能供负载使用。
传统的整流技术类似于一扇必须要通过有人大力推才能推开的门，故电流通过这扇门时每次都要巨大努力，出了一身汗，损耗自然也就不少了。
而同步整流技术有点类似我们通过的较高档场所的感应门了：它看起来是关着的，但你走到它跟前需要通过的时候，它就自己开了，根本不用你自己费大力去推，所以自然就没有什么损耗了。
同步整流以及电荷保持驱动技术1、为什么我们使用同步整流技术：目前,越来越多的IC芯片都需要低电压供电。
随着功率变换器输出电压的降低,整流损耗成为变换器的主要损耗。
为使变换器达到很高的效率,必须降低整流损耗。
原有整流电路使用肖特基二极管作为整流二极管，但是由于导通压降在低压输出时候相对较大，引起的损耗也是我们不能接受的。
于是我们采用低导通电阻的MOSFET 进行整流,这是提高变换器效率的一种有效途径。
实现这一功能的电路就叫做同步整流电路。
实现同步整流功能的MOSFET 称作同步整流管。
2、同步整流电路拓扑简单介绍：使用肖特基二极管做整流管，正向压降0.4V左右。
使用MOSFET做整流管。
自驱动方式。
在采用了自驱动同步整流中。
当变压器次级同名端电压为正的时候，VQ2的栅极电压为底VQ2关断。
VQ1的栅极电压为高，Vgd>0 则VQ1导通。
电流通过L1负载VQ1流通。
当变压器次级同名端电压为负，VQ1关断，VQ2开通。
负载电流通过VQ2续流。
这就是同步整流的基本原理。
当变换器输出电压在5V 左右时,可以直接利用变压器次级电压驱动同步整流管;当变换器输出电压明显高于5V 或很低( 2. 2V以下) 时,一般附加一个绕组,利用附加绕组电压驱动同步整流管。
3、拓扑结构及其缺点：正激式变换器是最多使用在同步整流中的拓扑，其优点主要在于结构简单、次级纹波电流明显衰减,纹波电压低、功率开关管峰值电流较低、并联工作容易、可以自动平衡、属降压型变换器。
它也是最早应用于低压大电流的变换器。
但其在采用同步整流时候存在以下缺点: 第一：同步整流中的死区过大使得其效率减小; 第二：整流管的体二极管不仅在导通的过程中增加了电路的损耗,而且在关断过程中,由于其反向恢复特征,也会引起能量损耗。
由于死区产生的体二极管导通损耗分析如下：在变压器电压保持为零的死区时间内,输出电流流经续流同步整流管VS2 ,但VS2栅极无驱动电压,所以输出电流必须流经VS2的体二极管。
同步整流技术是采用通态电阻极低的功率MOSFET来取代整流二极管，因此能大大降低整流器的损耗，提高DC／DC变换器的效率，满足低压、大电流整流的需要。
首先介绍了同步整流的基本原理，然后重点阐述同步整流式DC／DC电源变换器的设计。
字串5关键词：同步整流；磁复位；箝位电路；DC／DC变换器1 同步整流技术概述字串7近年来随着电源技术的发展，同步整流技术正在向低电压、大电流输出的DC／DC变换器中迅速推广应用。
DC／DC变换器的损耗主要由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、大电流输出的情况下，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。
快恢复二极管（FRD）或超快恢复二极管（SRD）可达1.0～1.2V，即使采用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，电源效率降低。
举例说明，目前笔记本电脑普遍采用3.3V甚至1.8V或1.5V的供电电压，所消耗的电流可达20A。
此时超快恢复二极管的整流损耗已接近甚至超过电源输出功率的50％。
即使采用肖特基二极管，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满足实现低电压、大电流开关电源高效率及小体积的需要，成为制约DC／DC变换器提高效率的瓶颈。
同步整流是采用通态电阻极低的专用功率MOSFET，来取代整流二极管以降低整流损耗的一项新技术。
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死区电压。
功率MOSFET属于电压控制型器件，它在导通时的伏安特性呈线性关系。
用功率MOSFET做整流器时，要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。
为满足高频、大容量同步整流电路的需要，近年来一些专用功率MOSFET不断问世，典型产品有FAIRCHILD公司生产的NDS8410型N沟道功率MOSFET，其通态电阻为0.015Ω。
收稿日期:2006-01-11作者简介:宋辉淇(1981-),男,福建人,硕士研究生,研究方向为高频功率磁元件分析与应用。
文章编号:1009-3664(2006)03-0034-04研制开发同步整流技术的特点与分析比较宋辉淇,林维明(福州大学电气工程与自动化学院,福建,福州350002)摘要:同步整流技术在低压大电流开关模块电源领域得到了广泛的应用。
文章从同步整流器件、主要电路结构以及工作方式等三个不同的角度,对同步整流技术进行了分析和比较,以便能够更好的理解和应用同步整流技术。
文章最后给出了采用PW M 控制、输出3.3V /8A 的同步整流反激变换器的实验波形。
关键词:同步整流技术;同步整流M O S 管;电路拓扑;驱动方式中图分类号:T N 703文献标识码:AT he Comparison and Analysis of Synchronous Rectificat ionSO N G H u-i qi,L IN We-i ming(College o f Electrical Eng ineering and A uto matio n,Fuzho u U niv ersity ,F uzhou 350002,China)Abstr act:T he synchr onous rectification hav e been analyzed and co mpar ed fr om sev eral differ ent po int s in this art icle.It is convenient to understand the synchro no us r ectificatio n and applied it in pr act ice.In the end of this paper ,a hardwar e pr oto type of 25W(3.3V /8A ),which a pplied the synchr onous r ectificatio n to the flyback co nv erter ,has been built and so me wav ef orms have been g iven.Key wo rds:synchronous rectificat ion;devices;t opolo g ies;driv ing methods0 引言随着计算机、通信技术的发展,低压大电流开关电源越来越成为目前一个重要的研究课题。
而效率问题始终是开关电源发展的一个主旋律[1],同步整流技术的出现,正是顺应了这一发展趋势。
从出现至今,国内外许多著名的大公司和研究机构都不断致力于该技术的研究,为高效率二次电源的开发和应用提供了强大的技术基础。
因此,深入分析和掌握同步整流技术特点,对于该技术的优化与发展及相关产品的开发具有十分重要的意义。
目前,同步整流技术在DC/DC 模块电源领域得到了广泛的应用。
随着MOSFET 设计工业技术的进步,使当今的M OSFET 的性能大大提高。
例如IR 公司的M OS 管IRF 7821,其最大导通电阻仅为9.1m ,开关时间小于10ns,栅电荷仅9.3nC,而且在逻辑电平下驱动即可。
同步整流技术几乎可以应用到各种电路拓扑,并且可以与其它技术相结合,从而形成了各具特色的同步整流技术。
例如,有源箝位技术与同步整流技术结合,实现了软开关同步整流技术,进一步降低了同步整流M OS 管的开关损耗,效率也得到了进一步的提高。
同步整流技术的关键则在于同步整流管的驱动控制上,不同的驱动方式对效率的影响是有很大差别的。
鉴于目前同步整流技术应用的广泛性,本文从器件、电路结构以及工作方式等三个不同的角度对同步整流技术进行了较为全面的分析和比较,以利于更好的理解和掌握同步整流技术。
1 同步整流器件的特点同步整流技术就是采用低导通电阻的功率M OS 管代替开关变换器中的快恢复二极管,起整流管的作用,从而达到降低整流损耗,提高效率的目的。
通常,变换器的主开关管也采用功率M OS 管,但是二者还是有一些差异的。
功率M OS 管实际上是一个双向导电器件[2],其完整的漏源伏安特性应包括第一象限以及第三象限,是基于原点对称的,如图1所示。
其中:第一象限表示MOSFET 的正向导电特性,第三象限表示M OSFET 的反向导电特性;同步整流技术正是利用了M OSFET 的这种双向导电特性来达到提高整流效率的目的。
由于工作原理的不同,而导致了其他一些方面的差异。
例如:作为主开关的M OS 管工作在第一象限,通常都是硬开关,因此要求开关速度快,以减小开关损耗;而作为整流/续流用的同步M OS 管,则要求M OS 管具有低导通电阻、体二极管反向恢复电荷小、栅极电阻小和开关特性好等特点。
因此,虽然两者都是M OS 管,但是它们的工作特性和损耗机理并不一样,它们的性能参数要求也不一样,认识这一点,对于如何正确选用MOS 管是有益的。
34图1 MOSFET的伏安特性曲线2 主要电路拓扑结构众所周知,同步整流技术首先应用在非隔离型变换器,典型的应用如图2所示。
然而,随着输出电压的不断降低,变换器的输入输出电压变比则不断增大,相应的占空比则不断减小。
以同步整流Buck变换器为例,当占空比下降到15~20%以下时,其性能将严重下降[3],主要的原因就是占空比太小而导致的。
隔离型变换器则能够很好地解决这一问题,而且能够实现输入输出的电隔离,因此在许多隔离型变换器,如正激、反激、半桥、全桥等,也广泛采用同步整流技术,其典型的应用电路如图3所示。
图2 同步整流Buck电路从应用和设计的角度,隔离型变换器和非隔离型变换器对同步整流M OS管的设计、性能要求等方面的影响是不同的。
非隔离型变换器主要适用于小功率的场合,以Buck电路为例,输出电流通常被限制在20~25A;为了满足输出大电流的要求,往往必须采用多个模块并联均流的方法,这不但增加了电路的成本和体积,使可靠性降低,而且不符合开关电源高功率密度的发展趋势。
在Buck电路中,同步整流MOS管通常是由控制IC驱动和控制,因此,其驱动信号具有控制时序准确,驱动电压恒定、不受输入或输出电压影响的优点。
近来,T I公司推出的一款新型的同步整流控制IC-UCC27221/2,它是通过采用检测同步整流M OS-FET的开关状态,然后利用数字控制技术调整M OS-FET开关时间的方法,以获得最优的开通和关断死区延迟时间,突破性的做出ZVS的同步整流,从而解决了非对称电路的软开关同步整流问题,使得效率在原有技术的基础上又进一步提高了2~4个百分点。
隔离型变换器则适用于较大功率、对瞬态特性要求不高的场合,高功率密度、高性价比是其主要目标。
对于隔离型变换器,同步M OS管的驱动方式依拓扑结构的不同而不同,具有较大的灵活性。
若按工作方式来划分,可分为自驱动和外驱动。
所谓自驱动,它是在变换器中取合适点的电压来驱动功率M OSFET,一般包括变压器次级绕组的输出端电压和输出滤波电感的电压;自驱动的同步整流变换器具有电路结构简单、元器件少的优点,已经普遍用于5V以下的低压小功率输出场合,但是由于它的驱动电压和输入电压、输出电压成比例,而且对于某些电路拓扑,如Buck、Forw ard等,为了避免两个管子发生共通,要求两个M OS管的驱动信号之间必需留有一定的死区时间,所以在输入电压变化范围比较大或者输出电压偏低的情况下,为了使同步整流管能够有效的工作,需要对自驱动电路做进一步的改进[4-5]。
图3 同步整流在隔离型变换器中的应用所谓外驱动,它是由外部的控制电路通过计算或根据电路的状态,确定功率MOSFET的驱动时间,然后由一专门的控制IC驱动同步整流管。
外驱动电路可以提供精确的控制时序,使同步整流管的驱动信号和理想的驱动波形一致,驱动信号不受输入电压或输出电压影响,但是电路结构复杂、所用的元件多、成本高。
目前,对于12V以上至20V左右的同步整流,则多采用控制驱动IC,这样可以收到较好的效果。
现已开发出的一些外驱动控制IC,如ST公司的STSR2和STSR3可以很好地用于正激和反激变换电路,IR公35司的IR1175可直接从变换器副边取得外驱动控制信号,Linear T echno logy公司的LTC1681和LT C1698,用于双管正激电路的同步整流驱动。
若按工作原理来划分,则可以分为电压型驱动[6-7],电流型驱动[8]和谐振型驱动[9]等,有关具体的驱动方案可查阅相关的文献。
正是由于驱动方式的多样性,因此,在隔离型变换器中,如何恰当地设计同步整流管的驱动电路,对于变换器的性能具有十分重要的影响。
3 工作方式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信号之间必须设置一定的死区时间,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恢复等问题,从而降低同步整流电路的性能。
下面以Flyback变换器为例具体说明,电路原理图如图3(b)所示,典型的工作波形如图4所示。
图4 PWM型Flyback电路的工作波形由以上的分析和工作波形可以看出,为了防止两个MOS管发生交叉导通,它们的驱动信号之间必须设置一定的死区时间;然而,为了获得高效率,则又必须尽量减小死区时间、避免同步整流管中的体二极管的导通。
这也是在PWM型变换器中应用同步整流技术的关键所在,也是研发人员面临的一大难点。
谐振型同步整流方案是利用M OS管在开关过程中发生谐振,使得M OS管能够获得软开关的性能,同时又能避免体二极管的导通问题。
因此,该方案对驱动信号的时序要求不会十分苛刻,便于驱动电路的设计;而且适用范围广,可适用于隔离型和非隔离型变换器,所以被认为是一种十分具有发展潜力的技术。
为了便于比较,仍以Flyback变换器为例来说明,电路原理图和典型的工作波形分别如图5和图6所示。
由图6的工作波形可以看出,当同步整流管关断时,谐振电感Lr和电容Cr开始发生谐振;当谐振电容Cr上的电压过零时,开通同步整流M OS管,从而实现ZVS开通,而且整个过程不存在体二极管导通的问题,使得整流效率能够大大提高。
其中,谐振电感Lr 可利用变压器的漏感,谐振电容Cr可利用M OS管自身的寄生电容,或者并联一个外部电容。
虽然采用谐振技术,但是,在低输出电压场合,经过合理的设计,并不会提高对器件性能的要求,也不会增加成本。
图5 谐振型同步整流Flyback 变换器图6 谐振型同步整流Flyback电路的工作波形4 实验结果为了充分说明上述的理论分析,本文设计了一台功率25W、采用PWM控制的DC/DC反激型电源模块,额定输入48V,输出3.3V,开关工作频率250kH z,主开关管采用IR公司的IRFR15N20D,同步整流管用IRF7821TR,磁芯用铁氧体FEE-18/8/ 10C,按反激变压器设计原则设计。
