1,、 概述

DC-DC模塊電源為了滿足小型化的要求,，一般會(huì)選擇簡(jiǎn)單可靠的功率級(jí)電路，其中,，諧振復(fù)位正激＋同步整流電路（圖1）在DC-DC模塊電源中應(yīng)用比較廣泛,，下面將以此電路為例進(jìn)行分析。

2,、 基本同步整流電路

如圖1所示電路,，其副邊為基本同步整流電路,，關(guān)鍵波形見圖2,。當(dāng)原邊主開關(guān)管Q1開通時(shí)，通過變壓器T1向副邊傳輸能量,，副邊工作在整流狀態(tài),，此時(shí)SR1的Vgs電壓為變壓器副邊繞組電壓，極性為正,，SR2的Vgs電壓為零,，因而SR1導(dǎo)通，SR2關(guān)斷,；當(dāng)原邊主開關(guān)管Q1關(guān)斷時(shí),，變壓器T1原邊繞組的勵(lì)磁電流和負(fù)載電流流經(jīng)C1，C1上的電壓開始上升,，當(dāng)C1電壓升至Vin時(shí),，原邊繞組中的負(fù)載電流下降為0，在勵(lì)磁電流的作用下原邊勵(lì)磁電感Lm與電容C1進(jìn)行諧振,，諧振電壓Vr為正弦波,，諧振周期Tr=2π√LmC2，諧振電壓Vr加到變壓器T1的原邊繞組上使T1磁復(fù)位,，同時(shí),，副邊也進(jìn)入到續(xù)流狀態(tài)，此時(shí)SR1的Vgs電壓為0,，SR2的Vgs電壓為變壓器副邊繞組電壓,，電壓波形為正弦波，極性為正，因而SR1關(guān)斷,，SR2導(dǎo)通,；這樣的工作狀態(tài)會(huì)周期性重復(fù)

3、基本同步整流電路的問題

3.1,、續(xù)流管的驅(qū)動(dòng)

如圖2中SR2的Vgs波形,，由于驅(qū)動(dòng)SR2的是正弦波諧振電壓，受主開關(guān)的占空比和諧振參數(shù)的影響,，電壓波形變化較大,，驅(qū)動(dòng)效果也不理想，模塊效率較低,。

3.2,、輸出并聯(lián)

將兩個(gè)采用基本同步整流電路的DC-DC模塊電源輸出并聯(lián)將會(huì)產(chǎn)生很多問題，其中的一個(gè)嚴(yán)重問題就是“電流反灌”,。下面通過一個(gè)簡(jiǎn)單的例子說明“電流反灌”現(xiàn)象,。如圖3所示，當(dāng)模塊2正常工作而模塊1被關(guān)斷時(shí),，模塊2的輸出電壓VOUT會(huì)通過模塊1內(nèi)部的L,、T1的副邊繞組分別加到SR1、SR2的G,、S之間,，SR1、SR2會(huì)因此導(dǎo)通并流過較大的電流,，同時(shí),，模塊2的輸出電壓VOUT會(huì)被拉低。對(duì)于模塊1來說,，此時(shí)的電流是反向流入模塊的,，稱之為“電流反灌”現(xiàn)象。在N個(gè)模塊并聯(lián)的系統(tǒng)中,，設(shè)每個(gè)模塊的最大輸出電流為Io,，當(dāng)其中一個(gè)模塊被關(guān)斷時(shí)，流入這個(gè)模塊的反灌電流將會(huì)達(dá)到(N-1)×IO,，這將會(huì)帶來嚴(yán)重的后果,。

 4、改進(jìn)的同步整流電路

4.1,、電路描述

改進(jìn)的同步整流電路如圖4,，副邊同步整流管SR1移到上端，SR1,、SR2采用共漏極接法,，從變壓器抽取N1,、N2繞組，N1繞組用于驅(qū)動(dòng)SR1,，N2繞組經(jīng)半波整流用于驅(qū)動(dòng)SR2,，原邊同步信號(hào)SYNC經(jīng)隔離，驅(qū)動(dòng)小功率MOSFET S1,，用于關(guān)斷SR2,。其中的隔離驅(qū)動(dòng)電路可以采用類似圖5的典型電路。關(guān)鍵信號(hào)的時(shí)序關(guān)系如圖6所示,。

4.2,、續(xù)流管的驅(qū)動(dòng)

改進(jìn)的同步整流電路通過半波整流的方式驅(qū)動(dòng)SR2，驅(qū)動(dòng)信號(hào)通過二極管D1給SR2的G,、S間的等效電容Ci充電,，由于MOSFET門極的輸入阻抗很大，Vgs將保持驅(qū)動(dòng)信號(hào)的峰值不變,，直到SYNC信號(hào)導(dǎo)通S1,，將SR2的G、S間的電荷放掉,。因而SR2的Vgs波形接近方波,，并能維持到續(xù)流過程結(jié)束（見圖6中SR2的Vgs波形）。改進(jìn)后的效率會(huì)更高,。

4.3,、輸出并聯(lián)

改進(jìn)后的同步整流電路能夠支持多個(gè)模塊輸出并聯(lián),。如圖7所示,，由于采用單獨(dú)的繞組N1、N2驅(qū)動(dòng)同步整流管SR1,、SR2,，同步整流管的門極與輸出端VOUT沒有直接聯(lián)系，當(dāng)模塊1 關(guān)機(jī)后,，SR1,、SR2的驅(qū)動(dòng)電壓均為0，相當(dāng)于二極管特性,。在其它工作狀態(tài),，如啟動(dòng)、待機(jī),、動(dòng)態(tài)負(fù)載等情況下,，并聯(lián)模塊也能正常工作。

5,、應(yīng)用結(jié)果

改進(jìn)的同步整流技術(shù)應(yīng)用在48V輸入,，5V@20A輸出的DC-DC模塊電源上，效率可達(dá)到90%以上。圖8顯示了正常工作期間同步整流管的驅(qū)動(dòng)波形,，其中通道1是續(xù)流管的驅(qū)動(dòng)波形,，通道2是整流管的驅(qū)動(dòng)波形?？梢妰晒艿尿?qū)動(dòng)波形既保證了適當(dāng)?shù)乃绤^(qū)以避免直通,，又能使通過二極管導(dǎo)通的時(shí)間盡量縮短，因而同步整流的效率很高,。圖9顯示了兩個(gè)模塊并聯(lián),，當(dāng)其中一個(gè)模塊關(guān)機(jī)時(shí)，在輸出并聯(lián)母線上的電壓波形,，其中通道1是模塊1的關(guān)機(jī)信號(hào),，通道2是輸出并聯(lián)母線上的電壓波形?？梢姰?dāng)其中一個(gè)模塊關(guān)機(jī)時(shí),，輸出并聯(lián)母線上的電壓不受影響。圖10顯示了單個(gè)模塊在輸出輕載和空載情況下關(guān)機(jī)的輸出端電壓波形,，可見在關(guān)機(jī)后模塊的輸出電壓平緩下降,，不會(huì)出現(xiàn)振蕩，其特性與肖特基整流的模塊電源基本一致,。

 

6,、總結(jié)

本文針對(duì)基本同步整流技術(shù)在應(yīng)用中存在的一些問題進(jìn)行了分析，并提出了改進(jìn)的同步整流技術(shù)和具體的電路,，該技術(shù)已應(yīng)用在具有工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的磚系列DC-DC模塊電源中,，并在實(shí)際應(yīng)用中表現(xiàn)出優(yōu)良的性能和兼容性。