同步整流控制新技术和应用.doc

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1、同步整流控制新技术与应用众所周知,电源在计算机、工业和电信领域的应用已经得到了认可。为了优化的系统应用，电源均可采用了标准的工业机械结构和高性能连接技术。然而，传统的电源沿用的是传统的二极管整流技术，应用时会造成很大的功率损耗并且限制了可用输出功率。为此将应用新型的同步整流技术,即,次级同步整流并带有输出电流匀流功能的集成控制器与智能整流（SmartRectifier™）IC,使其电源在效率和性能方面都有了很大的提高。值此,将二类同步整流技术的特征与应用作分析说明.于是首先对有关同步整流技术的基本状况作介绍.1、何谓同步整流与同步整流控制1.1同步整流一个N沟道功率MOSF

2、ET管的电路图形符号。它有三个极：D(漏极)、S(源极)和G(栅极)。D、S间有一个反并联二极管，还有输出结电容。功率MOSFET管作为作为开关使用时,驱动信号加在栅极和源极(GS)间,作为同步整流使用时虽然DS间仍类似一个开关管,但其驱动方式有自驱动和外驱动两种,为了实现同步，自驱动同步整流MOSFET管驱动信号加在栅极和漏极(GS)间。下面举一个例子，说明自驱动同整流原理。图1表示一个正弦半被整流电路,用自驱动同步整流（SR）代替二极管D。漏极接在变压器输出同名端,栅极通过电阻R1(以防CD间电压过高)接在变压器输出的另一端。当同名端为高电位时，G为低电位，SR阻断。当

3、同名端为低电位时，G为高位，SR开通，于是负载Ro上得到正弦半波电压，实现了整流.图1(a)中利用变压器实现功率MOSFET管门极驱动信号与DS极间开关同步,这种整流方式称为同步整流(SR)的原因源于此，又称为反驰式转换器整流方案.自驱动方式也比较简单而其缺点是：开关变换器输出电路接入SR，门极驱动电压VG未必是常数，与占空比D及输入电压Vs’有关。当占空比D及输入电压变化范围较广时，VG或太大，或太小，使SR损耗也增大。用外驱动方式时，栅极驱动电压VG作为开关管一样；加在MOSFET管的栅源(GS)极间。它的缺点是：需要控制检测、定时逻辑、同步变厌器、以及高速驱动电路等，

4、比较复杂，价格贵，开发周期长，一定程度上限制了外驱动同步整流的广泛应用。现在人们正努力改进作为SR的功率MOSFET管的性能参数，使之适用于开关频率为1-10MHz的DC-DC变换器的整流电路。作为SR的MOSFET管，从器件设计角度考虑，有三关键参数：损耗、体内二极管恢复时间trr及击穿电压.而作为AC-DC反驰式转换器整流方案的选择，就在于简单的整流二极管和使用MOSFET的复杂“电流互感器”及同步整流（SR）解决方案之间(见图1(a)所示)。从系统的考虑,如效率、尺寸、成本与设计的复杂性来看，意味着过去整流二极管(见图1(b)所示)是仅用于90W-120W的中低功率系

5、统而言，而如今SR技术则可用于高功率系统之中。1.2传统与新型同步整流控制之区别传统同步整流控制”电流变压器”方案,其特征是：设计复杂；需要额外电流传感器对极性检测；低效率设计。图2(b)为新型同步整流控制方案,其特征是：设计筒单；准确、直接”电压水平检测”；高效率。2、新型同步整流解决方案2.1次级同步整流与均流的集成控制器解决方案2.11问题的提出问题的提出最近几年，功率MOSFET的性能得到了显著提高，而这类器件的价格降低很快。由于MOSFET的开态电阻变得很低，在许多低输出电压应用电路里都利用了同步整流技术。为了提高电源的效率，设计者除了采用同步整流技术外别无选择。

6、和购买其它类型的电源一样，用户总是想买到较新的并且在现有机架(如128.6mm×40.3mm×169.6mm)内功率更大的电源。而此类机架3U电源只能提供200W输出功率，如果电源的效率可以提高到85％到87％，理论上，在同样的机架内就可以装配400W输出功率的电源。而图3给出了采用同步整流技术的电源的电路方块图。2.12同步整流控制器SC4910的应用(图3a为SC4910引脚图)从图3(b)可以看出，每处都用功率MOSFET代替了传统肖特基二极管。每个输出的次级都接了一个次级同步整流控制器SC4910，它不仅用来控制次级同步整流MOSFET，还可以通过一个栅极驱动隔离变

7、压器来控制原级MOSFET。该次级控制器使控制系统负载和实现次级同步整流器以及负载均流非常简单。用+5V转换器作为例子，看一下电流均流电路是如何工作的？图4中：*当+5V转换器的多个输出端并联时，每个+5V转换器的电流共享引脚(1share)也要接在一起。这会使每个+5V转换器的控制芯片(SC4910)得到相同的ISHARE电压。*因为每个转换器都采用电流模式控制，所以当每个+5V转换器的Vea(见图4)相同时，它们的次级输出电感会有相同的峰值电流。所以Vea值代表每个+5V转换器上输出电感的峰值电压。*如果某一个