不對(duì)稱半橋同步整流DC/DC變換器
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技術(shù)方案與實(shí)用技巧
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，性價(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)，又稱為控制驅(qū)動(dòng)，使用外驅(qū)動(dòng)的不對(duì)稱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