分享

【经典】图文并茂讲述开关电源的同步整流技术

 六云ocbohngfbq 2017-02-10

电源联盟---高可靠电源行业第一自媒体

在这里有电源技术干货、电源行业发展趋势分析、最新电源产品介绍、众多电源达人与您分享电源技术经验,关注我们,搜索微信公众号:Power-union,与中国电源行业共成长!

图文并茂讲述开关电源的同步整流技术

摘要

●同步整流简介。

同步整流的分类。

同步整流的驱动方式

同步整流的MOSFET

同步整流简介

高速超大规模集成电路的尺寸的不断减小,功耗的不断降低,要求供电电压也越来越低,而输出电流则越来越大。

电源本身的高输出电流、低成本、高频化(500kHz~1MHz)高功率密度、高可靠性、高效率的方向发展。

在低电压、大电流输出DC-DC变换器的整流管,其功耗占变换器全部功耗的50~60%。

用低导通电阻MOSFET代替常规肖特基整流/续流二极管,可以大大降低整流部分的功耗,提高变换器的性能,实现电源的高效率,高功率密度。

用MOSFET来代替二极管在电路中的整流功能

相对于二极管的开关算好极小

整流的时序受到MOSFET的Vgs控制,可以根据系统的需要,把整流的损耗做到最小。

例如:一个5V 30A输出的电源

同步整流简介

BUCK 同步整流电路与波形

Boost 同步整流电路与波形

Flyback 同步整流电路与波形

复位绕组Forward 同步整流电路与波形


有源钳位Forward 同步整流电路


LLC半桥同步整流电路与波形


全桥倍流同步整流电路与波形

同步整流的驱动方式


电压型自驱动同步整流电路特点

     ◆驱动电压:SR所在回路中的某一电压

     要求:波形转换快,时序准确,无死区

     优点:电路简单,实用,节约成本

    缺点:驱动方式随电路结构而不同;受输入电压变化范围的影响;受变压器漏感影响;不能用于并联工作的SR-DC/DC变换器中;对变换器轻载时的工作有影响。存在死区,驱动波形不好,驱动电压和时序不好安排。

正激电压型自驱动同步整流电路与波形


电流型自驱动同步整流电路特点

     驱动电压:SR中的电流通过电流互感器产生

     优点:驱动波形无死区,不受输入电压影响,不受电路结构的影响,可用于并联运行的DC-DC变换器。驱动信号同步性好,利用电流互感器,较低的压降就能获得较高的电压检测信号,因此,检测大电流时具备很大的优势

     缺点:电流检测元件有损耗, 影响电路的整体效率

电流型自驱动同步整流电路


实用反激电流型自驱动同步整流电路

半自驱动同步整流电路特点

     ◆其驱动波形的上升或下降沿,一个是由主变压器提供的信号,另一个是独立的外驱动电路提供的信号。

     针对自驱的负压问题,用单独的放电回路,提供同步整流管的关断信号,避开了自驱动负压放电的电压超标问题。

正激半自驱动同步整流电路

外驱动同步整流电路特点

     ◆驱动电压:来自外设驱动电路或初级的控制IC

     ◆同步信号:主开关管的驱动信号来控制

     ◆优点:控制时序精确,SR效率较高

     ◆缺点:驱动电路复杂,有损耗,成本高,开发周期长外部驱动电路还需要供电,降低了整机的效率

反激原边隔离驱动同步整流电路


外部专用同步整流驱动IC电路


同步整流的MOSFET

损耗的计算

同步整流尖峰产生与抑制方法

MOSFET选择考虑

     ◆以BUCK同步整流电路为例来分析



     ◆BUCK同步整流管损耗计算

导通损耗取决于MOSFET的RDS(on),计算公式如下:

IRMS是流经同步整流MOSFET的电流,而不是BUCK电路的输出电流。

BUCK同步整流管损耗计算

开通损耗计算公式如下:

关断损耗计算公式如下:

驱动损耗计算公式如下:

Coss损耗计算公式如下:

体二极管导通损耗计算公式如下:


体二极管反向恢复耗计算公式如下:

     ◆BUCK同步整流管尖峰产生的原因

VQ2关断,进入死区时间,VQ1未开通,负载电流全部流过VQ2的体二极管VD。

接着VQ1打开,VD突然被加上反压,所以产生很大的反向恢复电流,即VD的di/dt很大。

大的di/dt会在L2上产生很大的电压尖峰(L2 di/dt),此电压会叠加在Vin上

L1与L2以及VQ1的结电容C会产生谐振,谐振的电压尖峰同样会叠加在Vin上

     ◆BUCK同步整流管关断波形


     ◆抑制BUCK同步整流管关断波形尖峰

     ◆同步整流管的选择

--------考虑的因素.

Rds(on), Qg, temperature, Package, structure

Cost, Purchase, delivery time

--------对于电路来说需要考虑的因素

Topology, Operation frequency,voltage stress

current stress, thermal resistor, reliability

--------BUCK同步整流管的选择


--------选择BUCK同步整流管

     ◆科学的设计电路,预估各种可能存在的风险

     ◆对电路进行认真、细致的计算

     ◆建立精确的模型,借助于仿真工具来验证计算

     ◆选用合适的器件

     ◆进行全面的测试与优化

电源联盟---高可靠电源行业第一自媒体

    本站是提供个人知识管理的网络存储空间,所有内容均由用户发布,不代表本站观点。请注意甄别内容中的联系方式、诱导购买等信息,谨防诈骗。如发现有害或侵权内容,请点击一键举报。
    转藏 分享 献花(0

    0条评论

    发表

    请遵守用户 评论公约

    类似文章 更多