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同步整流技术在正激变换器中的应用研究

导读: 本文指出了栅极电荷保持的自驱型同步整流方法存在的缺点,并且提出了一种新的控制策略;另外本文以单端正激电路为例,分析了在同步整流轻载时需要注意的问题;最后制作了一台28v(16~36v)输入,5v/10a输出的模块电源原理样机

1 引言

  近年来随着电源技术的发展,同步整流技术正在低压、大电流输出的dc/dc变换器中迅速推广应用。在低压、大电流输出的情况下,输出端整流管的损耗尤为突出。例如,对采用1.5v、20a电源的笔记本电脑而言,此时超快恢复整流二极管的损耗已经超过电源输出功率的50%,即使采用低压降的肖特基整流二极管,损耗也会达到输出功率的18%~40%。因此,传统的二极管整流电路已经成为提高低压、大电流dc/dc变换器效率的瓶颈。

  由于mosfet不能像二极管那样自动截止反方向电流,因此同步整流器的驱动是同步整流技术使用的一个关键。驱动方式的选取不仅关系到变换器能否正常工作,更决定了变换器性能。按照驱动方法的不同,同步整流分为自驱型和外驱型,两者的主要区别在于,自驱型同步整流管的驱动电压一般采用的是变压器上或辅助绕组上的电压,而外驱型同步整流管的驱动电压是由外部同步整流驱动芯片产生的。本文将分别讨论两种同步整流驱动的方法,并阐述了同步整流中需要注意的问题。

  由于正激变换器是最简单的隔离降压式dc/dc变换器,其输出端的lc滤波器非常适合输出大电流,可有效抑制输出电压纹波。所以,正激变换器成为低电压大电流功率变换器的首选拓扑结构。正激变换器必须采用磁复位电路,以确保变压器励磁磁通在每个开关周期开始时已经复位,常见的磁复位方法有:有源钳位、rcd钳位、绕组复位、谐振复位等,如图1所示。

  rcd钳位的方法虽然电路简单,但是它大部分磁化能量消耗在钳位电阻中,不利于效率的提高;有源钳位虽然可以重复利用变压器磁化能量和漏感能量,但是有源钳位系统的控制带宽受到限制,动态性能不好,并且它多用了一个钳位开关,增加了驱动电路的难度和变换器的成本;而谐振复位由于谐振电压比较高,因此对开关管的电压应力要求就更高;对于绕组复位的方法,结构较简单,磁复位时将能量回馈到输入源中,并且对开关管的电压应力要求并不高。

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