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高压电源厂家:开关电源规划的同步整流技能

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高压电源厂家:开关电源规划的同步整流技能

发布日期:2017-11-08 作者:来源于网络 点击:

开关电源规划的同步整流技能

同步整流根本概念

■新的电源尺度的需求,功耗的不断下降,要求供电电压也越来越低。 

■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。在大电流输出场合二极管损耗占有主 导,可大到50% 到60%。 

■用通态损耗低的功率MOS管-同步整流管替代整流二极管,可提高 DC-DC改换器的功率。  

■为了这种电路能够正常运作,有必要对同步整流器(SR)加以操控, 这是根本的要求。同步整流器是用来替代二极管的,所以有必要挑选适 当的办法,依照二极管的作业规则来驱动同步整流器。 

高压电源厂家同步整流的优势? 

下图论述了同步整流关于二极管整流的优势地点, 同步整流是线性的损耗,必定的Rds_on状况下,在很大 一个范围内,同步整流都有损耗低的优势。 

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二、同步整流的根本原则

二极管 to 同步整流

1.二极管改为同步整流拓扑要契合MOS体二极管方向和原拓扑相同。 

2.在改动时分应该注意到驱动的简略程度,如下图。简略的驱动 办法应该讲整流管(forward)改为下面以便共地便利驱动。 

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适用场合

■惯例来讲低压大电流同步整流十分合适,如1.2V,3.3V,5V等,功率 能够得到显着的提高。 

■最新的产品规划标明,即便在12V,28V,甚至55V输出电压下,如果 功率较高(>50W),即便MOS体二极管反向康复差于快速二极管, 在杰出规划的状况下,同步整流仍然能够提高功率。 

■传统的同步整流计划根本上都是PWM型同步整流,主开关与同步 整流开关的驱动信号之间有必要设置必定的死区时刻,以避免交叉导通, 

三、同步整流的类别

同步整流从驱动办法上来说,分为外驱动同步整流,自驱动 同步整流和半自驱动同步整流。 

同步整流的自驱动同步整流又可分为电压型自驱动和电流 型自驱动。

外驱动同步整流

外驱动同步整流技能的特点是驱动电压是来自外设驱动电路, 同步信号是由主开关管的驱动信号来操控。

长处: 

1.操控时序精确,然后使得SR功率较高。 

2.开关机的驱动时序简略操控。 

缺陷: 

1.驱动电路比较复杂,需求有自己开发或许用特有的芯片来操控。 

2.操控线路和驱动器的自身会带来额定损耗,低功率场合并不适用 

3.价格贵,开发周期长 

电压型自驱动同步整流 

电压型自驱动同步整流的驱动电压一般来自于变压器同步整流管所 地点回路中的电压或许变压器其它辅佐绕组,它需求要变压器波形 改换快,时序精确,死区小。 

长处: 

1.价格优势,不需求贵重器件。

2.线路相对简略。 

缺陷: 

1.驱动办法和电路拓扑自身联系很大,规划并不简略。 

2. 驱动电平缓输入电压,输出电压影响比较大。 

3. 受变压器漏感影响; 

4. 开关机进程的操控较困难。

电流型自驱动同步整流

电流型自驱动同步整流的驱动电压是来自于SR中的电流经过电流互 感器发生。

长处: 

1.驱动波形无死区,不受输入电压和电路结构的影响。

2.适用于变压器波形并非正弦波的驱动,如谐振类拓扑LLC。 

缺陷: 

1. 电流检测元件在副边大电流场合有损耗。 

2. 电流检测元件一般较贵重。 

四、常见拓扑的同步整流办法

Buck

Buck拓扑的常见同步整流时序是较惯例的互补驱动,大都为外 驱动型操控。 

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■一般来说,Buck类拓扑同步整流最多运用与低压场合,如输入5V12V,输出0.6V-3.3V。 

■Buck类低压同步整流值得注意的是因为占空比多为不大的状况, 上管挑选多为Qg较小的MOS来下降开关损耗,而下管因为续流时刻 较长且零电压注册,多挑选Rds_on较低的MOS下降导通损耗。 

■有多种操控ic能够来完成buck同步整流的操控,如TI,intersil等, TI的adaptive control也有运用于buck类拓扑。

Forward

Forward拓扑的同步整流,尤其是自驱动的同步整流相对多 样化,原因在于如果Forward拓扑直接选用自驱动,不同的复位方 式需求不同的自驱动办法。 

1.谐振复位,RCD复位,双管正激类的拓扑,因为变压器电压并不是互 补的电压,不合适直接自驱动,多选用栅荷坚持+提早关断的办法。 

2. 有源钳位拓扑,变压器电压为互补的电压,多选用直接的自驱动方 法,其间又分为直接自驱与第三绕组自驱动。 

Forward-不同复位 

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RCD复位

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有源钳位

Forward-栅荷坚持+提早关断 


Forward—有源钳位自驱动 


Forward—其它 

■上述自驱动线路只是最根本的电路思路,并不代表可直接运用。 

■除了自驱动,传信号外驱动和变压器驱动也是可行的计划。 

■Forward拓扑的自驱动办法是多种多样的,有更多其它的办法并没 有具体说明。 

Flyback

Flyback拓扑的同步整流也是和拓扑自身的操控办法相关很 大,主要分为CCM形式和DCM形式

1.CCM形式下,空载和满载的占空比改变不大,空载或许轻载下模块 会有负电流,但能够带来较好的满载功率,合适低压的运用,但 Flyback CCM形式并不简略完成,需求对副边同步整流管提早原 边注册前关断

2. DCM形式需求对副边电流过零点进行采样关断副边MOS,会带来更 好的轻载功率,作业形式更像“二极管”,在高压输入的电源中,QR 形式十分合适做DCM的同步整流。 

DCM or CCM 

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Fly-back—自驱动1-DCM 


Fly-back—驱动变压器-CCM 


Fly-back—自驱动-CCM


Fly-back—外驱动1-CCM 


Full bridge

桥类拓扑的同步整流驱动办法最多运用为外驱动的办法,常 用信号变压器+驱动器或许数字隔离器+驱动器的办法来完成。 

1. 桥式同步整流的一般原则是,变压器方向改换前,需求关断 副边的一组同步整流管避免发生共通。 

2 . 半桥类,current doubler和一般的全桥在副边同步整流操控 上并没有差异。 

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这是常用的全桥操控芯片LM5035的运用图纸,这儿运用了 信号变压器+driver的办法来驱动副边同步整流管。 


Ho, Lo是常用的桥式拓扑的A,B两组PWM信号,注意到副边 的SR1和SR2必定在原边开关管注册前关断,T1的死区必定要足 够,而T2死区后注册SR,变压器处于零阶段,SR1和SR2一起续流。 

五、同步整流的损耗

同步整流管的损耗计算一般也是包含以下几方面: 

■导通损耗

■开关损耗

■驱动损耗

■反向康复损耗

■死区时刻二极管损耗 

同步整流的损耗—Rds_on vs Qg

导通损耗一般由功率拓扑和选用MOS的Rdson决议,值得指出的 是,导通损耗,开关损耗和驱动损耗Pgate存在必定的权衡联系,因为 MOS的Qg和Rdson成反比,而Qg巨细必定程度上又与开关损耗成反 比。所以,需求挑选合适而不是最小Rdson的MOS。

另外,值得指出的是在一些自驱动线路中,驱动电平Ug在高压较 高会带来额定的损耗也需求考虑其间。 

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同步整流的关断损耗 

关于开关损耗,值得指出的是许多同步整流注册是零电压 注册的,而关断损耗占有了主导。下图是关于关断损耗的 一个图,别离包含了Qoss损耗(容性损耗),开关损耗和反 向康复损耗。 

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高压电源厂家怎么削减同步整流的反向康复损耗?

反向康复损耗,在高压MOS上,占有十分大的比例,消除反向康复损耗 的常见办法如下: 

1)尽量减小死区时刻,如下图所示,二极管的反向时刻决议了Qrr,减小体二极管作业的时刻,这不但减小了反向康复损耗,也一起减小了二极 管的死区导通损耗

2)选用内部并联肖特基二极管的MOS. 

同步整流的关机

同步整流驱动关机,经常会遇到的问题是关机波形不单调,有负电 流折向原边,大多是以下原因: 

1)自驱动同步整流关机时分在前一阶段为同步整流形式,电压掉到一 定程度,变为二极管形式,然后带来不同的输出电压下降斜率。 

2)外驱动同步整流原边关机后,副边未正确的及时关断。 

处理思路: 

1)选用必定的操控办法操控副边同步整流管在原边关断后快速关断, 变为二极管形式关机。 

2)选用必定的办法操控副边同步整流软关断。 

同步整流—更好的动态呼应 

值得指出的一点是,同步整流线路不只仅能带来功率的提高,在提 高电路的动态呼应方面,如果选用CCM形式的同步整流,会带来动态 呼应的提高。二极管在低载状况下,环路特性会十分难以补偿然后带来 较差的动态呼应,而CCM的同步整流,在空满载状况下是挨近的


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