如何讓同步整流器達(dá)到高效率標(biāo)準(zhǔn)

標(biāo)簽：電源 DC/DC 同步整流器

為了達(dá)到ClimateSaversCompuTIng及80PLUSPlatinum高效率標(biāo)準(zhǔn)，電源供應(yīng)設(shè)計(jì)人員已經(jīng)在電源系統(tǒng)中將相移全橋式DC/DC搭配使用同步整流器(FET)(圖1)。對(duì)于這些高效率應(yīng)用而言，相移全橋式轉(zhuǎn)換器是絕佳的選擇，因?yàn)镈C/DC功率級(jí)的主要FET可達(dá)到零電壓切換。同步輸出整流器(QE及QF)的效率高于二極體整流，因此更容易達(dá)到這些高效率標(biāo)準(zhǔn)。然而，在無負(fù)載的條件下，這些同步整流器所耗用的電源，會(huì)高于輸出的標(biāo)準(zhǔn)整流二極體。若要符合無負(fù)載條件下的待機(jī)輸入電源需求，關(guān)閉同步整流器，并使用同步FET的本體二極體，進(jìn)行輸出整流更為適合。本文將介紹可根據(jù)轉(zhuǎn)換器輸入電源，開關(guān)相移全橋式轉(zhuǎn)換器同步整流器的簡(jiǎn)易電路。

圖1顯示含同步整流器(QE及QF)的峰值電流模式，DC/DC相移全橋式轉(zhuǎn)換器功能示意圖。一般而言，F(xiàn)ETQA至QF是以閘極驅(qū)動(dòng)器/緩沖級(jí)加以驅(qū)動(dòng)，QA至QD形成的H橋輸入電流，則是以電流感應(yīng)變壓器(CT)網(wǎng)絡(luò)加以測(cè)量。

圖1.含同步整流器(QE及QF)的相移全橋式功能示意圖。

如前所述，為達(dá)到零負(fù)載條件下的待機(jī)電源需求，關(guān)閉同步整流器為較適合的作法，因?yàn)轵?qū)動(dòng)同步FET所耗用的電源，大于僅使用FET本體二極體進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)整流所耗用的電源。在待機(jī)模式中，轉(zhuǎn)換器的負(fù)載較輕，本體二極體耗用的電源相當(dāng)少。以下等式可估算驅(qū)動(dòng)一個(gè)同步整流器閘極所需的電源(PQEg)。在此等式中，變數(shù)QEg是FET閘極電量，Vg是FET最大閘極電壓，變數(shù)fs是FET切換頻率。在相移全橋式設(shè)計(jì)中，F(xiàn)ETQE的閘極電量為115nC，并且以100kHz的12V閘極驅(qū)動(dòng)信號(hào)加以驅(qū)動(dòng)，因此大約需要138mW的電源驅(qū)動(dòng)一個(gè)FET。在如此的條件下，驅(qū)動(dòng)兩個(gè)同步FET(QE及QF)所需的電源總計(jì)為276mW。如果同步整流器未關(guān)閉，驅(qū)動(dòng)這些FET所需的電源，可能會(huì)補(bǔ)償輸入電源的25%至50%。額外的電源消耗會(huì)使設(shè)計(jì)不符合輸入電源需求。

圖2中顯示的電路可新增至圖1中顯示的系統(tǒng)，根據(jù)系統(tǒng)負(fù)載控制啟用及停用FETQE與QF的同步整流器。

若要使此電路運(yùn)作，需要同步閘極驅(qū)動(dòng)器(U1及U2)產(chǎn)生反向及非反向輸入。使用轉(zhuǎn)換器電流感應(yīng)電阻(VRS)的電流感應(yīng)信號(hào)啟用和停用FETQE及QF，此電路即可運(yùn)作。電阻R1及C1會(huì)形成低頻率電極為723Hz的低通濾波器，此濾波器所產(chǎn)生的DC電壓(V1)，可代表降壓轉(zhuǎn)換器電流感知電阻的平均電壓大小。

在某些應(yīng)用中，平均CS信號(hào)可低于0.25V，因此，電子元件A1、R3及R2的非反向放大器配置，可將平均電流感應(yīng)信號(hào)(V1)放大為易于監(jiān)控的可管理電流(V2)。放大器A2及電子元件R4、R5、R6會(huì)形成遲滯比較器，根據(jù)放大的平均電流感應(yīng)信號(hào)，啟用和停用同步整流器。電阻R7及R8即形成分壓器，以減少放大器A2的輸出，有助于防范閘極驅(qū)動(dòng)器ICU1及U2過度輸入電壓。

同步FET會(huì)根據(jù)遲滯比較器(V4)的輸出予以啟用及停用。比較器的輸出升高時(shí)，閘極驅(qū)動(dòng)器的輸出會(huì)降低，以停止同步整流，并使用FET本體二極體進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)整流。遲滯比較器輸出(V4)降低時(shí)，相移全橋式轉(zhuǎn)換器的閘極驅(qū)動(dòng)信號(hào)A及B會(huì)控制FET閘極QE及QF，而且轉(zhuǎn)換器會(huì)使用同步整流。

圖2.關(guān)閉同步整流器的簡(jiǎn)單電路

為說明如何設(shè)定此電路，可將此電路運(yùn)用于如圖1所示的600W相移全橋式轉(zhuǎn)換器，其中的設(shè)計(jì)參數(shù)如下：

1.

輸入電壓

2.

最大輸出功率

3.

輸出電壓

4.

峰間輸出電感漣波電流

5.

電流感知變壓器(CT)匝數(shù)比