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反激同步整流DC TO DC变换器的设计

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反激同步整流DC  TO  DC变换器的设计

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一种反激同步整流 DC-DC 变换器设计
½者:
华南理工大学自动化学院 任光 深圳华为技术有限公司电源研发部 李卫东 深圳信息职业技术学
院电子
2004
4
B
要: 对反激同步整流在½压小电流
DC-DC
变换器中的应用进行了研究,介绍
了主电路工½原理,几种驱动方式及其优缺点,选择出适合于自驱动同步整流的反激
电路拓扑,并通过样机试验,验证了该电路的实用性。
关键词: 反激变换;同步整流;电路拓扑
引言
½压大电流
DC-DC
模块电源一直占模块电源市场需求的一半左右,对其相关技术的
研究有着重要的应用价值。模块电源的高效率是各厂家产品的亮点,也是业界½逐的
重要目标之一。同步整流可有效减少整流损耗,与适½的电路拓扑结合,可得到½成
本的高效率变换器。本文针对
36V-75V
输入,3.3V/15A 输出的二次电源模块,在分
析同步整流技术的基础上,根据同步整流的特点,选择出适合于自驱动同步整流的反
激电路拓扑,进行了详细的电路分析和试验。
反激同步整流
基本的反激电路结构如图
1。
其工½原理:主
MOSFET Q1
导通时,进行电½储存,这时可把变压器看成一个电
感,原边绕组电流
Ip
上升斜率由
dIp/dt=Vs/Lp
决定,磁芯不饱和,则
Ip
线性增加;
磁芯内的磁感应强度将从
Br
增加到工½峰值
Bm;Q1
关断时,原边电流将降到零,
副边整流管开通,感生电流将出现在副边;按功率恒定原则,副边安匝值与原边安匝
值相等。
在稳态时,开关导通期间,变压器内磁通增量△Φ应等于反激期间内的磁通变化
量,即:
△Φ=VsTon
/ Np=Vs'Toff / Ns
从此式可见,如果磁通增量相等的工½点稳定建立时,变压器原边绕组每匝的伏-秒
值必然等于副边每匝绕组的伏-秒值。
反激变换器的拓扑实际就是一个
BUCK-BOOST
组合的变换器拓扑的应用,而且如
果副边采用同步整流,电路总是工½于
CCM
的模式下,其电压增益
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M=Vo/Vs=K·D/(1-D)(K
为原副边匝数比)
PMOSFET
MOSFET
替代图
1
中的萧特基二极管,可以实现同步整流的
4
种电
路结构如图
2
和图
3
反激电路的开关电压波½见图
4,是标准的矩½波,非常适合同步整流驱动。设计的
关键点在于同步整流管的½½与驱动电路的结构配合、波½的整½限幅和死区控制。
1
基本反激电路结构图
2
NMOSFET
构成的反激同步整流电路结构
3
PMOSFET
构成的反激同步整流电路结构
4
CH1-整流管实验波½/ CH2-主开关实验波½
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5
一种实际的外驱电路
6
增加驱动½力的外驱电路
7
NMOSFET
构成的反激同步整流自驱动电路结构
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8
PMOSFET
构成的反激同步整流自驱动电路结构
9
反激同步整流半自驱电路结构
10、Vgs
驱动波½,CH1 同步整流管,CH2 主开关管
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11、Vds
波½,CH1 同步整流管,CH2 主开关管
12
½换效率曲线
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½的质
量高,调试方便。缺点是:电路复杂,成本高,在½求小型化和½成本的今天只有研
究价值,基本没有应用价值。图
5
是简单的外驱电路,R1D1 用于调整死区。该电路
的驱动½力较小,在同步整流管的
Ciss
较小时,可以½用。图
6
是在图
5
的基础上
增加副边推½驱动电路的结构,可以驱动
Ciss
较大的
MOSFET。在输出电压½于 5
V
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½和自适应驱动是主要优势,在商业化产品中广泛½用。
缺点是电路调试的柔性较少,在½输入½压范围时,有些波½需要附加限幅整½电路
才½满足驱动要求。
7
和图
8
是四种反激同步整流的电路结构。
由于
Vgs
的正向驱
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