如何解決傳統(tǒng)二極管整流問(wèn)題?詳解開(kāi)關(guān)電源同步整流技術(shù)
發(fā)布時(shí)間:2019-12-13 責(zé)任編輯:lina
【導(dǎo)讀】近年來(lái),電子技術(shù)的發(fā)展,使得電路的工作電壓越來(lái)越低、電流越來(lái)越大。低電壓工作有利于降低電路的整體功率消耗,但也給電源設(shè)計(jì)提出了新的難題。
傳統(tǒng)二極管整流問(wèn)題
近年來(lái),電子技術(shù)的發(fā)展,使得電路的工作電壓越來(lái)越低、電流越來(lái)越大。低電壓工作有利于降低電路的整體功率消耗,但也給電源設(shè)計(jì)提出了新的難題。
開(kāi)關(guān)電源的損耗主要由3部分組成:功率開(kāi)關(guān)管的損耗,高頻變壓器的損耗,輸出端整流管的損耗。在低電壓、大電流輸出的情況下,整流二極管的導(dǎo)通壓降較高,輸出端整流管的損耗尤為突出。快恢復(fù)二極管(FRD)或超快恢復(fù)二極管(SRD)可達(dá)1.0~1.2V,即使采用低壓降的肖特基二極管(SBD),也會(huì)產(chǎn)生大約0.6V的壓降,這就導(dǎo)致整流損耗增大,電源效率降低。
問(wèn)題舉例
但設(shè)采用3.3V甚至1.8V或1.5V的供電電壓,所消耗的電流可達(dá)20A。此時(shí)超快恢復(fù)二極管的整流損耗已接近甚至超過(guò)電源輸出功率的50%。即使采用肖特基二極管,整流管上的損耗也會(huì)達(dá)到(18%~40%)PO,占電源總損耗的60%以上。因此,傳統(tǒng)的二極管整流電路已無(wú)法滿足實(shí)現(xiàn)低電壓、大電流開(kāi)關(guān)電源高效率及小體積的需要,成為制約DC/DC變換器提高效率的瓶頸。
同步整流技術(shù)引言
在電源轉(zhuǎn)換領(lǐng)域,輸出直流電壓不高的隔離式轉(zhuǎn)換器都使用 MOSFET作為整流器件。由於這些器件上的導(dǎo)通損耗較小,能夠提高效率因而應(yīng)用越來(lái)越廣泛;
為了這種電路能夠正常運(yùn)作,必須對(duì)同步整流器(SR)加以控制,這是基本的要求。同步整流器是用來(lái)取代二極管的,所以必須選擇適當(dāng)?shù)姆椒?,按照二極管的工作規(guī)律來(lái)驅(qū)動(dòng)同步整流器。驅(qū)動(dòng)信號(hào)必須用PWM控制信號(hào)來(lái)形成,而PWM控制信號(hào)決定著開(kāi)關(guān)型電路的不同狀態(tài)。
同步整流器件的特點(diǎn)
同步整流技術(shù)就是采用低導(dǎo)通電阻的功率MOS管代替開(kāi)關(guān)變換器快恢復(fù)二極管,起整流管的作用,從而達(dá)到降低整流損耗,提高效率的目的。通常,變換器的主開(kāi)關(guān)管也采用功率MOS管,但是二者還是有一些差異的。
功率MOS管實(shí)際上是一個(gè)雙向?qū)щ娖骷?,由于工作原理的不同,而?dǎo)致了其他一些方面的差異。例如:作為主開(kāi)關(guān)的MOS管通常都是硬開(kāi)關(guān),因此要求開(kāi)關(guān)速度快,以減小開(kāi)關(guān)損耗;而作為整流/續(xù)流用的同步MOS管,則要求MOS管具有低導(dǎo)通電阻、體二極管反向恢復(fù)電荷小、柵極電阻小和開(kāi)關(guān)特性好等特點(diǎn),因此,雖然兩者都是MOS管,但是它們的工作特性和損耗機(jī)理并不一樣,對(duì)它們的性能參數(shù)要求也不一樣,認(rèn)識(shí)這一點(diǎn),對(duì)于如何正確選用MOS管是有益的。
同步整流的基本電路結(jié)構(gòu)
同步整流是采用通態(tài)電阻極低的專(zhuān)用功率MOSFET,來(lái)取代整流二極管以降低整流損耗的一項(xiàng)新技術(shù)。它能大大提高DC/DC變換器的效率并且不存在由肖特基勢(shì)壘電壓而造成的死區(qū)電壓。功率MOSFET屬于電壓控制型器件,它在導(dǎo)通時(shí)的伏安特性呈線性關(guān)系。用功率MOSFET做整流器時(shí),要求柵極電壓必須與被整流電壓的相位保持同步才能完成整流功能,故稱(chēng)之為同步整流。
工作方式的比較
傳統(tǒng)的同步整流方案基本上都是PWM型同步整流,主開(kāi)關(guān)與同步整流開(kāi)關(guān)的驅(qū)動(dòng)信號(hào)之間必須設(shè)置一定的死區(qū)時(shí)間,以避免交叉導(dǎo)通,因此,同步整流MOS管就存在體二極管導(dǎo)通和反向恢復(fù)等問(wèn)題,從而降低同步整流電路的性能。
雙端自激、隔離式同步整流電路
實(shí)際舉例(反激同步整流設(shè)計(jì) )
基本的反激電路結(jié)構(gòu)
一種實(shí)際的外驅(qū)電路
增加驅(qū)動(dòng)能力的外驅(qū)電路
由NMOSFET構(gòu)成的反激同步整流自驅(qū)動(dòng)電路結(jié)構(gòu)
由PMOSFET構(gòu)成的反激同步整流自驅(qū)動(dòng)電路結(jié)構(gòu)
反激同步整流驅(qū)動(dòng)電路選擇
同步整流管的驅(qū)動(dòng)方式有三種:第一種是外加驅(qū)動(dòng)控制電路,優(yōu)點(diǎn)是其驅(qū)動(dòng)波形的質(zhì)量高,調(diào)試方便。缺點(diǎn)是:電路復(fù)雜,成本高,在追求小型化和低成本的今天只有研究?jī)r(jià)值,基本沒(méi)有應(yīng)用價(jià)值。上圖是簡(jiǎn)單的外驅(qū)電路,R1D1用于調(diào)整死區(qū)。該電路的驅(qū)動(dòng)能力較小,在同步整流管的Ciss較小時(shí),可以使用。圖6是在圖5的基礎(chǔ)上增加副邊推挽驅(qū)動(dòng)電路的結(jié)構(gòu),可以驅(qū)動(dòng)Ciss較大的MOSFET。在輸出電壓低于5V時(shí),需要增加驅(qū)動(dòng)電路供電電源。
第二種是自驅(qū)動(dòng)同步整流。優(yōu)點(diǎn)是直接由變壓器副邊繞組驅(qū)動(dòng)或在主變壓器上加獨(dú)立驅(qū)動(dòng)繞組,電路簡(jiǎn)單、成本低和自適應(yīng)驅(qū)動(dòng)是主要優(yōu)勢(shì),在商業(yè)化產(chǎn)品中廣泛使用。缺點(diǎn)是電路調(diào)試的柔性較少,在寬輸入低壓范圍時(shí),有些波形需要附加限幅整形電路才能滿足驅(qū)動(dòng)要求。由于Vgs的正向驅(qū)動(dòng)都正比于輸出電壓,調(diào)節(jié)驅(qū)動(dòng)繞組的匝數(shù)可以確定比例系數(shù),且輸出電壓都是很穩(wěn)定的,所以驅(qū)動(dòng)電壓也很穩(wěn)定。比較麻煩的是負(fù)向電壓可能會(huì)超標(biāo),需要在設(shè)計(jì)變壓器變比時(shí)考慮驅(qū)動(dòng)負(fù)壓幅度。
第三種是半自驅(qū)。其驅(qū)動(dòng)波形的上升或下降沿,一個(gè)是由主變壓器提供的信號(hào),另一個(gè)是獨(dú)立的外驅(qū)動(dòng)電路提供的信號(hào)。上圖是針對(duì)自驅(qū)的負(fù)壓?jiǎn)栴},用單獨(dú)的放電回路,提供同步整流管的關(guān)斷信號(hào),避開(kāi)了自驅(qū)動(dòng)負(fù)壓放電的電壓超標(biāo)問(wèn)題。
特別推薦
- 兆易創(chuàng)新GD32F30x STL軟件測(cè)試庫(kù)獲得德國(guó)萊茵TüV IEC 61508功能安全認(rèn)證
- 芯科科技第三代無(wú)線開(kāi)發(fā)平臺(tái)引領(lǐng)物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展
- MSO 4B 示波器為工程師帶來(lái)更多臺(tái)式功率分析工具
- 艾為電子推出新一代高線性度GNSS低噪聲放大器——AW15745DNR
- 瑞薩發(fā)布四通道主站IC和傳感器信號(hào)調(diào)節(jié)器, 以推動(dòng)不斷增長(zhǎng)的IO-Link市場(chǎng)
- e絡(luò)盟現(xiàn)貨供應(yīng) Abracon 新推出的 AOTA 系列微型鑄型電感器
- 加賀富儀艾電子推出支持Wi-Fi 6和藍(lán)牙的無(wú)線局域網(wǎng)/藍(lán)牙組合模塊
技術(shù)文章更多>>
- 觸摸式OLED顯示屏有望重新定義汽車(chē)用戶界面
- 用Python自動(dòng)化雙脈沖測(cè)試
- 揭秘電動(dòng)汽車(chē)中直流鏈路電容器的奧秘(上)
- 實(shí)現(xiàn)不間斷能源的智能備用電池第四部分:BBU架的操作
- 利用 T&M 解決方案加速電動(dòng)傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)
技術(shù)白皮書(shū)下載更多>>
- 車(chē)規(guī)與基于V2X的車(chē)輛協(xié)同主動(dòng)避撞技術(shù)展望
- 數(shù)字隔離助力新能源汽車(chē)安全隔離的新挑戰(zhàn)
- 汽車(chē)模塊拋負(fù)載的解決方案
- 車(chē)用連接器的安全創(chuàng)新應(yīng)用
- Melexis Actuators Business Unit
- Position / Current Sensors - Triaxis Hall
熱門(mén)搜索