欢迎光临济南能华机电设备有限公司网站!
国家重点脉冲电源生产基地打造高效持续的能量输出
全国咨询热线:0531-68684888

广西同步整流的工作原理及结构分析

时间:2023-07-03 20:59:30 点击:5116次

同步整流工作原理:

从同步整流原理图中可以看出,整流管VT3和续流管VT2的驱动电压从变压器的副边绕组取出,加在MOS管的栅G和漏D之间,如果在独立的电路中MOS管这样应用不能完全开通,损耗很大,但用在同步整流时是可行的简化方案。由于这两个管子开关状态互琐,一个管子开,另一个管子关,所以我们只简要分析电感电流连续时的开通情况,我们知道MOS管具有体内寄生的反并联二极管,这样电感电流连续应用时,MOS管在真正开通之前并联的二极管已经开通,把源S和漏D相对栅的电平保持一致,加在GD之间的电压等同于加在GS之间的电压,这样变压器副边绕组同铭端为正时,整流管VT3的栅漏电压为正,整流管零压开通,当变压器副边绕组为负时,续流管VT2开通,滤波电感续流。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。

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。

同步整流的基本电路结构:

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。

PS7516和PS7616是锂电池升压输出5V1A,2A的同步整流升压经典IC,FP6717,FP6716也是锂电池升压输出5V3A,5V2A中的佼佼者。

为什么要应用同步整流技术:

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1.0~1.2V,即使采用低压降的肖特基二极管(SBD),也会产生大约0.6V的压降,这就导致整流损耗增大,电源效率降低。

举例说明,笔记本电脑普遍采用3.3V甚至1.8V或1.5V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,整流管上的损耗也会达到(18%~40%)PO,占电源总损耗的60%以上。因此,传统的二极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。

同步整流比之于传统的肖特基整流技术可以这样理解:

这两种整流管都可以看成一扇电流通过的门,电流只有通过了这扇门才能供负载使用。

传统的整流技术类似于一扇必须要通过有人大力推才能推开的门,故电流通过这扇门时每次都要巨大努力,出了一身汗,损耗自然也就不少了。

而同步整流技术有点类似我们通过的较高档场所的感应门了:它看起来是关着的,但你走到它跟前需要通过的时候,它就自己开了,根本不用你自己费大力去推,所以自然就没有什么损耗了。

通过上面这个类比,我们可以知道,同步整流技术就是大大减少了开关电源输出端的整流损耗,从而提高转换效率,降低电源本身发热。

能量再生与同步整流:

在开关管V导通时,变压器接收的电能除了磁化电流外都将传送到输出端。而管V关跃的反激作用期间,导向二极管D2用反偏置故不可能有钳位作用或能量泄放的回路。磁化能量将会产生较大的反压加在开关管的集一射极之间。为了防止高反压的产生,设置了“能量再生绕组”P2,由绕组△经过二极管D,,使存储的能量反馈回直流电源Ui中。只要满足Wp1=Wp2的关系,D1流过电流时Up2=Ui,则开关管V上承受的集一射极电压为2Ui。

为了避免在P1和P2绕组之间存在的漏电感过大,和因此而在开关管集电极上产生过高的电压,一般采用初级绕组P1与能量再生绕组P2双线并绕的方法。在这种配置中,二极管D1接在能量再生绕组如图所示的位置是非常重要的。原因是双线并绕引起的内部杂散电容Cc是在开关管V的集电极与绕组P2和D1连接点之间的寄生电容。按照图中的接法是有优点的,如在开关管V导通时,由于二极管D,反向而隔开了集电极,没有任何的电流在V瞬时导通时流进电容Cc中(注意,绕组P1和P2的非同铭端同时变负,而且Cc的两端电压不会改变)。但是在反激期间,Cc提供开关管V的钳位作用,任何过电压的趋势都会引起Cc流过电流,而且经过D,反馈到电源线上。如果寄生电容不够大,只靠P1、P2绕组磁耦合,钳位电压超值时,常常可以在%位置加外接电容补充以改善它的钳位作用。然而,如果电容值过大时,会使得输出电压线上有输人电压叽纹波频率调制的电压分量,所以要小心地选用附加电容Cc的值。

在开关管V导通时,输入电压Ui加在(Lp+LLT)上,由于D2反偏置阻止C2的充电,所以Uc2≈0。当开关管V关断时,由于反激作用,V的集电极电压Uc快速上升,但由于砀此时受正偏压而导通,使V电流被C2、R1分流,Uc电压逐渐上升,即U(电压也是逐渐上升,而且钳位在2Ui数值上。从而把Uc上升的尖峰电压的顶部消去,如虚线所示的脉冲尖峰。

在一个周期剩下的时间里,随着R1放电电流的减小,C2上的电压降会返回到原来值。多余的反激电能,被消耗在R1上。此钳位电压是自跟踪的,在稳态工作时,因为C2上的电压会自动地调整,直到所有多余的反激电能消耗在R1上。如果在所有其他情况下,都要维持某一恒定钳位电压时,则可以通过减小R1值或漏电感Lyp的值,来抑制钳位电压的升高趋势。

不能把钳位电压设计得太低,因为反激过冲电压也有有用的一面。在反激作用时,它提供了一个附加强制电压值来驱动电能进入到次级电感。使变压器次级的反激电流迅速增加。提高了变压器的传输效率,同时也减小了电阻R)上的损耗。这对于低压大电流输出是很有意义的。


企业分站:北京 天津 河北 山西 内蒙古 辽宁 吉林 黑龙江 上海 江苏 浙江 安徽 福建 江西 山东 河南 湖北 湖南 广东 广西 海南 重庆 四川 贵州 云南 西藏 陕西 甘肃 青海 宁夏 新疆 更多分站
在线客服
联系方式

热线电话

18766446695

上班时间

周一到周五

公司电话

0531-68684888

二维码
线