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开关电源同步整流技术图文详解-KIA MOS管

信息来源:本站 日期:2023-06-29 

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开关电源同步整流技术图文详解-KIA MOS管


同步整流技术就是采用低导通电阻的功率MOS管代替开关变换器快恢复二极管,起整流管的作用,从而达到降低整流损耗,提高效率的目的。


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。


工作方式的比较

传统的同步整流方案基本上都是PWM型同步整流,主开关与同步整流开关的驱动信号之间必须设置一定的死区时间,以避免交叉导通,因此,同步整流MOS管就存在体二极管导通和反向恢复等问题,从而降低同步整流电路的性能。


双端自激、隔离式同步整流电路

开关 同步整流 驱动


实际举例(反激同步整流设计 )

基本的反激电路结构

开关 同步整流 驱动


一种实际的外驱电路

开关 同步整流 驱动


增加驱动能力的外驱电路

开关 同步整流 驱动


由NMOSFET构成的反激同步整流自驱动电路结构

开关 同步整流 驱动


由PMOSFET构成的反激同步整流自驱动电路结构

开关 同步整流 驱动


反激同步整流驱动电路选择

同步整流管的驱动方式有三种:第一种是外加驱动控制电路,优点是其驱动波形的质量高,调试方便。缺点是:电路复杂,成本高,在追求小型化和低成本的今天只有研究价值,基本没有应用价值。


上图是简单的外驱电路,R1D1用于调整死区。该电路的驱动能力较小,在同步整流管的Ciss较小时,可以使用。图6是在图5的基础上增加副边推挽驱动电路的结构,可以驱动Ciss较大的MOSFET。在输出电压低于5V时,需要增加驱动电路供电电源。


第二种是自驱动同步整流。优点是直接由变压器副边绕组驱动或在主变压器上加独立驱动绕组,电路简单、成本低和自适应驱动是主要优势,在商业化产品中广泛使用。


缺点是电路调试的柔性较少,在宽输入低压范围时,有些波形需要附加限幅整形电路才能满足驱动要求。由于Vgs的正向驱动都正比于输出电压,调节驱动绕组的匝数可以确定比例系数,且输出电压都是很稳定的,所以驱动电压也很稳定。比较麻烦的是负向电压可能会超标,需要在设计变压器变比时考虑驱动负压幅度。


第三种是半自驱。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。上图是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。



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