引言
　　反激變換器具有電路簡(jiǎn)單,、輸入輸出電壓隔離,、成本低、空間要求少等優(yōu)點(diǎn),，在小功率開(kāi)關(guān)電源中得到了廣泛的應(yīng)用,。但輸出電流較大、輸出電壓較低時(shí),，傳統(tǒng)的反激變換器,，次級(jí)整流二極管通態(tài)損耗和反向恢復(fù)損耗大，效率較低,。同步整流技術(shù),，采用通態(tài)電阻極低的專(zhuān)用功率MOSFET來(lái)取代整流二極管。把同步整流技術(shù)應(yīng)用到反激變換器能夠很好提高變換器的效率,。
　　1 同步整流反激變換器原理
　　反激變換器次級(jí)的整流二極管用同步整流管SR 代替,，構(gòu)成同步整流反激變換器，基本拓?fù)淙鐖D1(a)所示,。為實(shí)現(xiàn)反激變換器的同步整流,，初級(jí)MOS 管Q 和次級(jí)同步整流管SR 必須按順序工作，即兩管的導(dǎo)通時(shí)間不能重疊,。當(dāng)初級(jí)MOS 管Q 導(dǎo)通時(shí),，SR 關(guān)斷，變壓器存儲(chǔ)能量;當(dāng)初級(jí)MOS 管Q 關(guān)斷時(shí),，SR 導(dǎo)通,，變壓器將存儲(chǔ)的能量傳送到負(fù)載。驅(qū)動(dòng)信號(hào)時(shí)序如圖1(b)所示,。在實(shí)際電路中,，為了避免初級(jí)MOS 管Q 和次級(jí)同步整流管SR 同時(shí)導(dǎo)通，Q 的關(guān)斷時(shí)刻和SR 導(dǎo)通時(shí)刻之間應(yīng)有延遲;同樣Q 的導(dǎo)通時(shí)刻和SR 的關(guān)斷時(shí)刻之間也應(yīng)該有延遲,。
　　

 
　　圖1 同步整流反激變換器
　　2 同步整流管的驅(qū)動(dòng)
　　SR 的驅(qū)動(dòng)是同步整流電路的一個(gè)重要問(wèn)題,，需要合理選擇。本文采用分立元件構(gòu)成驅(qū)動(dòng)電路,，該驅(qū)動(dòng)電路結(jié)構(gòu)較簡(jiǎn)單,、成本較低，適合寬輸入電壓范圍的變換器,，具體驅(qū)動(dòng)電路如圖2 所示,。SR 的柵極驅(qū)動(dòng)電壓取自變換器輸出電壓,，因此使用該驅(qū)動(dòng)電路的同步整流變換器的輸出電壓需滿(mǎn)足SR 柵極驅(qū)動(dòng)電壓要求。
　　

 
　　圖2 驅(qū)動(dòng)電路
　　該驅(qū)動(dòng)電路的基本工作原理：電流互感器T2 與次級(jí)同步整流管SR 串聯(lián)在同一支路,，用來(lái)檢測(cè)SR 的電流,。當(dāng)有電流流過(guò)SR 的體二極管，則在電流互感器的二次側(cè)感應(yīng)出電流,，該電流通過(guò)R1 轉(zhuǎn)變成電壓,，當(dāng)電壓值達(dá)到并超過(guò)晶體管Q1 的發(fā)射結(jié)正向電壓時(shí)，Q1 導(dǎo)通,，達(dá)到二極管VD 導(dǎo)通電壓時(shí),，VD 導(dǎo)通對(duì)其箝位。晶體管Q1 導(dǎo)通后,，輸出電壓通過(guò)圖騰柱輸出電路驅(qū)動(dòng)SR 開(kāi)通,。當(dāng)SR 中的電流在電流互感器二次側(cè)電阻R1 上的采樣電壓降低到Q1 的導(dǎo)通閾值以下時(shí)，Q1 關(guān)斷,，SR 關(guān)斷,。
圖中同步整流管驅(qū)動(dòng)電路各元件的功能說(shuō)明如下：
　　SR 為同步整流管，用來(lái)代替整流二極管;
　　T2 為電流互感器,，用來(lái)檢測(cè)通過(guò)SR 的電流,，當(dāng)有電流流過(guò)SR 的體二極管，則在電流互感器的二次側(cè)感應(yīng)出電流;
　　R1 用來(lái)將互感器二次側(cè)感應(yīng)出的電流轉(zhuǎn)變成電壓,，同時(shí)R1 的值決定同步整流管開(kāi)通和關(guān)斷時(shí)電流互感器二次側(cè)電流大小;
　　C1 和二極管VD 用來(lái)對(duì)互感器二次側(cè)的電壓進(jìn)行濾波和箝位;
　　偏置電阻R2,，下拉電阻R3 和晶體管Q1 構(gòu)成開(kāi)關(guān)電路，利用Q1 的飽和截止,，實(shí)現(xiàn)同步整流管SR 的導(dǎo)通和關(guān)斷;
　　Q2 和Q3 構(gòu)成圖騰柱輸出電路,，提供足夠大的電流,，使SR 柵源極間電壓迅速上升到所需要值,，保證SR 能快速開(kāi)通。同時(shí)為SR 關(guān)斷時(shí)提供反向抽取電流回路,，加速SR 關(guān)斷,。
　　3 同步整流反激變換器的設(shè)計(jì)
　　同步整流反激變換器的電路如圖3 所示，控制芯片選用UC3842,。設(shè)計(jì)技術(shù)指標(biāo)如下：
　　輸入電壓Ui：100~375VDC
　　輸出電壓Uo：12V
　　輸出電流Io：4A
　　開(kāi)關(guān)頻率fs：100KHz
　　最大占空比Dmax：0.45
　　效率：η>80%
　　工作方式：斷續(xù)模式
　　

 
　　圖3 同步整流反激變換器電路
　　3.1 啟動(dòng)電路設(shè)計(jì)
　　芯片 UC3842 工作的開(kāi)啟電壓為16V,，在芯片開(kāi)啟之前，芯片消耗的電流在1mA 以?xún)?nèi),。
　　正常工作后,，欠壓鎖定電壓為10V，上限為34V,，芯片消耗電流約為15mA,。啟動(dòng)時(shí)由輸入直流電壓通過(guò)啟動(dòng)電阻R4 向電容C2 充電,，芯片消耗電流在1mA 以?xún)?nèi)，電容C2 上電壓不斷上升,，當(dāng)芯片7 腳上電壓升至16V 時(shí)UC3842 開(kāi)始工作,，芯片消耗電流約為15mA，電容C2 上電壓下降,，輔助繞組上開(kāi)始有電壓,，電容C3 上電壓逐漸升高，當(dāng)電容C3 上電壓高于電容C2 上電壓,，二極管VD2 導(dǎo)通,，由輔助繞組供電。
　　輔助繞組供電電壓取15V,，電壓紋波要求不高,，濾波電容C3 取47μF。為了芯片可靠啟動(dòng),，電容C2 取100μF,，電阻R4 取68KΩ，在輸入電壓最小時(shí),，通過(guò)啟動(dòng)電阻R4,，能提供1.2mA的啟動(dòng)電流。
3.2 變壓器設(shè)計(jì)
　　反激變換器工作于DCM,，但隨著輸入電壓減小或負(fù)載電流增大,，占空比變大，可能會(huì)從DCM 變成CCM,。因此為保證反激變換器在整個(gè)輸入電壓和負(fù)載電流變化范圍內(nèi)都工作在DCM 且占空比不超過(guò)要求的最大值,，設(shè)計(jì)變壓器滿(mǎn)足反激變換器在輸入電壓最小Ui =100V、負(fù)載電流Io =4A 和效率η =80%時(shí)工作在電流臨界連續(xù)模式,，且占空比不超過(guò)要求的最大值 Dmax =0.45,。選用EI 型鐵氧體磁芯，其型號(hào)為EI30,，為減少漏感,，采用三明治繞法繞制變壓器。初級(jí)電感為146.85μH,，變壓器的匝比為：
　　

 
　　初級(jí)繞組 N p選用直徑為0.56mm 的銅線(xiàn)單股繞制,，次級(jí)繞組 Ns 選用直徑為0.56mm 的銅線(xiàn)3 股并繞，輔助繞組 Na 選用直徑為0.56mm 的銅線(xiàn)單股繞制,。
　　3.3 RCD 箝位電路設(shè)計(jì)
　　當(dāng)開(kāi)關(guān)管 Q 關(guān)閉時(shí),，初級(jí)電感 Lp 中的能量將轉(zhuǎn)移到次級(jí)輸出，但漏感Ll 中的能量將不能傳遞到次級(jí),，轉(zhuǎn)移到箝位電路的電容Cc ,，然后這部分能量被箝位電阻 R c消耗,。電容c C上的電壓在開(kāi)關(guān)管關(guān)斷的一瞬間沖上去，然后一直處于放電狀態(tài),。電容 C c的值應(yīng)取得足夠大以保證其在吸收漏感能量和釋放能量時(shí)自身兩端電壓uc( t )紋波足夠小,。因此電容Cc 兩端電壓uc( t )為基本為恒定值Uc 。同時(shí)電容 Cc 上的電壓不能低于次級(jí)到初級(jí)的反射電壓Uo × (Np / Ns ),，否則開(kāi)關(guān)管關(guān)斷期間,，二極管導(dǎo)通，RCD 箝位電路將成為該變換器的一路負(fù)載,。因此開(kāi)關(guān)管承受的尖峰電壓被箝位為：
　　

　　輸入電壓最大值為 Uimax ,，開(kāi)關(guān)管的最大耐壓值為 U dsmax，考慮80%的降額使用系數(shù),，則電容 C c兩端電壓Uc 的大小可由式(1)確定,。
　　

 
　　漏感存儲(chǔ)的能量完全被電阻Rc 消耗，則電阻 Rc 的大小可由式(2)確定,。
　　

 
　　為保證電容 Cc 兩端電壓紋波足夠小,，需RcC c 》 Ts ，取10 倍關(guān)系,，則電容 C c的大小由式(3)確定,。
　　

 
　　選用美國(guó)Fairchild 公司生產(chǎn)的FQPF5N60 場(chǎng)效應(yīng)管，該管允許通過(guò)的最大電流為5A,，最大耐壓值為600V;漏感取變壓器初級(jí)電感的3%,，4.5μH。RCD 箝位電路中,，取 R c為6KΩ,，Cc 為0.015μF， VDc 采用快恢復(fù)二極管FR107,。
　　3.4 電流檢測(cè)電路設(shè)計(jì)
　　初級(jí)電感電流通過(guò)插入一個(gè)與開(kāi)關(guān)Q的源極串聯(lián)的以地為參考的取樣電阻RS轉(zhuǎn)換成電壓,。此電壓由電流取樣輸入端(3 腳)監(jiān)視并與來(lái)自誤差放大器的輸出電平比較。在正常的工作條件下,，初級(jí)電感電流峰值由誤差放大器的輸出 U e控制,，滿(mǎn)足：

電流檢測(cè)比較器反向輸入端箝位電壓為1V，因此初級(jí)電感電流峰值限制為：
　　

　　取RS 為0.33Ω,，在RS 和3 腳之間，常用R,、C 組成一小的濾波器,，用于抑制功率管開(kāi)通時(shí)產(chǎn)生的電流尖峰，其時(shí)間常數(shù)近似等于電流尖峰持續(xù)時(shí)間(通常為幾百納秒),，取R為1KΩ,，C 為470pF,。