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同步整流电路分析
一、传统二极管整流电路面临的问题
近年来,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~,即使采用低压
降的肖特基二极管(SBD),也会产生大约的压降,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甚至或的供电电压,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,
P
整流管上的损耗也会达到(18%~40%),占电源总损耗的60%以上。因此,传统的二极
O
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。
二、同步整流的基本电路结构
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。
1、基本的变压器抽头方式双端自激、隔离式降压同步整流电路
2、单端自激、隔离式降压同步整流电路
图1单端降压式同步整流器的基本原理图
基本原理如图1所示,V及V为功率MOSFET,在次级电压的正半周,V导通,V关断,
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V起整流作用;在次级电压的负半周,V关断,V导通,V起到续流作用。同步整流电路的
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功率损耗主要包括V及V的导通损耗及栅极驱动损耗。当开关频率低于1MHz时,导通损耗
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占主导地位;开关频率高于1MHz时,以栅极驱动损耗为主。
3、半桥他激、倍流式同步整流电路
图2单端降压式同步整流器的基本原理图
该电路的基本特点是:
1)变压器副边只需一个绕组,与中间抽头结构相比较,它的副边绕组数只有中间抽头
结构的一半,所以损耗在副边的功率相对较小;
2)输出有两个滤波电感,两个滤波电感上的电流相加后得到输出负载电流,而这两个
电感上的电流纹波有相互抵消的作用,所以,最终得到了很小的输出电流纹波;
3)流过每个滤波电感的平均电流只有输出电流的一半,与中间抽头结构相比较,在输
出滤波电感上的损耗明显减小了;
4)较少的大电流连接线(highcurrentinter-connection),在倍流整流拓扑中,
它的副边大电流连接线只有2路,而在中间抽头的拓扑中有3路;
5)动态响应很好。
它唯一的缺点就是需要两个输出滤波电感,在体积上相对要大些。但是,有一种叫集
成磁(integratedmagnetic)的方法,可以将它的两个输出滤波电感和变压器都集成到同
一个磁芯内,这样可以大大地减小变换器的体积。
三、电路实例分析
同步整流式DC/DC电源变换器的设计
下面介绍一种正激、隔离式/DC电源变换器,它采用DPA-Switch系列单片开关式稳
压器DPA424R,直流输入电压范围是36~75V,输出电压为,输出电流为5A,输出功率为。
采用400kHz同步整流技术,大大降低了整流器的损耗。当直流输入电压为48V时,电源效
率η=87%。变换器具有完善的保护功能
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