不對(duì)稱(chēng)半橋同步整流DC/DC變換器
同步整流技術(shù)的基礎(chǔ)是使用導(dǎo)通壓降較低的MOSFET代替二極管整流,這樣就存在MOSFET的驅(qū)動(dòng)問(wèn)題,下面將對(duì)適合于不對(duì)稱(chēng)半橋同步整流變換器的驅(qū)動(dòng)方式進(jìn)行討論。
同步整流技術(shù)按其驅(qū)動(dòng)信號(hào)類(lèi)型可以分為電流驅(qū)動(dòng)型和電壓驅(qū)動(dòng)型,選擇何種驅(qū)動(dòng)方式直接影響變換器的效率和復(fù)雜程度。
2.1 電流型驅(qū)動(dòng)
電流驅(qū)動(dòng)同步整流是通過(guò)檢測(cè)流過(guò)自身的電流來(lái)獲得MOSFET驅(qū)動(dòng)信號(hào),由于檢測(cè)電流而造成的功率損耗很大,而且它不可避免要將電流信號(hào)轉(zhuǎn)換為電壓信號(hào),增加了成本,性?xún)r(jià)比低,在這里不作討論。
2.2 電壓型驅(qū)動(dòng)
同步整流的電壓驅(qū)動(dòng)又分為自驅(qū)動(dòng),外驅(qū)動(dòng)(控制驅(qū)動(dòng))和混合驅(qū)動(dòng)3種。
圖4(a)所示的是采用自驅(qū)動(dòng)同步整流的不對(duì)稱(chēng)半橋DC/DC變換器[5]。該電路不需要附加驅(qū)動(dòng)電路,結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單。但缺點(diǎn)是兩個(gè)MOSFET的驅(qū)動(dòng)時(shí)序不夠精確,MOSFET不能在整個(gè)周期內(nèi)代替二極管整流,使得負(fù)載電流流經(jīng)寄生二極管的時(shí)間較長(zhǎng),造成了較大的損耗,限制了效率的提高。而且當(dāng)輸出電壓很低時(shí),次級(jí)繞組輸出端電壓也會(huì)相應(yīng)降低,無(wú)法起到完全驅(qū)動(dòng)同步整流管的作用。
電壓型外驅(qū)動(dòng),又稱(chēng)為控制驅(qū)動(dòng),使用外驅(qū)動(dòng)的不對(duì)稱(chēng)半橋同步整流器的電路如圖4(b)所示。為了實(shí)現(xiàn)驅(qū)動(dòng)同步,附加驅(qū)動(dòng)電路須由變換器主開(kāi)關(guān)管的驅(qū)動(dòng)信號(hào)控制,通常使用電壓型控制驅(qū)動(dòng)方法能使電源的效率達(dá)到最高,但是缺點(diǎn)是驅(qū)動(dòng)電路過(guò)于復(fù)雜。
電壓型混合驅(qū)動(dòng)是一種新的方法,使用混合驅(qū)動(dòng)的不對(duì)稱(chēng)半橋同步整流變換器,如圖4(c)所示,這種方法既能按較精確的時(shí)序給出驅(qū)動(dòng)電壓信號(hào),同時(shí)其附加的驅(qū)動(dòng)電路也較外驅(qū)動(dòng)簡(jiǎn)單,所以,已被普遍接受應(yīng)用于各種拓?fù)渲小?p align="center">
(a) 自驅(qū)動(dòng)型同步整流變換器
(b) 外驅(qū)動(dòng)型同步整流變換器
(c) 混合驅(qū)動(dòng)型同步整流變換器
圖4 三種電壓型驅(qū)動(dòng)方式
綜合比較這3種電壓型驅(qū)動(dòng)方式可得知,在不對(duì)稱(chēng)半橋同步整流變換器中最好的選擇是采用電壓混合型驅(qū)動(dòng)。這樣不僅可使變換器達(dá)到高效率,而且驅(qū)動(dòng)電路簡(jiǎn)單,容易控制。
3 同步整流管損耗分析
在不對(duì)稱(chēng)半橋變換器中采用同步整流技術(shù)的主要目的是降低整流損耗,提高變換器效率,所以,有必要對(duì)變換器中同步整流管的損耗作一下簡(jiǎn)要分析。
MOSFET模型如圖5所示,其中Rdson為導(dǎo)通電阻,Cgs及Cds和Cgd為MOSFET的寄生電容,其值是非線性的,與MOSFET上所施加的電壓有關(guān)。在本文中為了簡(jiǎn)化分析,認(rèn)為寄生電容值是不變的。
圖5 MOSFET模型
以圖4(a)所示的自驅(qū)動(dòng)型同步整流變換器為例,理想的電壓和電流波形如圖6所示。同步整流管總的損耗PLOSS為
PLOSS=PSR1CON+PSR2CON+PSR1SW+PSR2SW+PD3CON+PD4CON(1)
式中:PSR1CON及PSR2CON為兩個(gè)同步整流管的導(dǎo)通損耗;
PSR1SW及PSR2SW為兩個(gè)同步整流管的開(kāi)關(guān)損耗;
PD3CON及PD4CON為兩個(gè)同步整流管的體二極管的導(dǎo)通損耗。
圖6 理想的電壓和電流波形
3.1 同步整流管的導(dǎo)通損耗
SR1的導(dǎo)通損耗為
PSR1CON=Io2Rdson1(1-D-tz/T)(2)
式中:Io為輸出電流;
Rdson1為S1的通態(tài)電阻。
SR2的導(dǎo)通損耗為
PSR2CON=Io2Rdson2(D-ty/T)(3)
評(píng)論