簡化隔離式開關電源同步整流器設計的一種智能型驅動器
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一、引言
在電源轉換領域，輸出直流電壓不高的隔離式轉換器（正激式、回掃式、雙端式）都使用 MOSFET作為整流器件。由於這些器件上的導通損耗較小，能夠提高效率 [4、5]，因而應用越來越廣泛。
為了這種電路能夠正常運作，必須對同步整流器（SR）加以控制，這是基本的要求。同步整流器是用來取代二極管的，所以必須選擇適當?shù)姆椒?，按照二極管的工作規(guī)律來驅動同步整流器。驅動信號必須用PWM控制信號來形成，而PWM控制信號決定著開關型電路的不同狀態(tài)。
一般而言，同步整流器是使用自驅動電路[2]或者用外來控制信號來推動。第一種方法的性能往往不是很好，原因是同步MOSFET的體內二極管導通時間很長， 另一個原因是柵極驅動電壓是變化的。用控制驅動電路的方法時，如何控制柵極驅動信號以防止它們在切換過程中出現(xiàn)同時導通的現(xiàn)象，在這方面存在著困難。為了解決這些困難，必須采用特殊的電路，例如在副邊使用PWM控制器 ，或者使用某種耦合器件把切換信息從原邊傳送到副邊。這些電路增加了電源轉換器的復雜程度，并且提高了成本[3]。
如果在電源轉換器中，PWM的頻率是固定不變的，而且PWM控制器是放在原邊，那麼可以用本文介紹的方法用控制驅動電路來實現(xiàn)同步整流，并且可以避免在副邊出現(xiàn)短路或者在原邊和副邊之間出現(xiàn)短路。
二、短路的形成
控制驅動同步整流的一個主要問題是如何產(chǎn)生驅動MODFET的信號而又能避免兩只MOSFET出現(xiàn)同時導通的現(xiàn)象。必須防止正激式轉換器中兩只MOSFET同時導通的現(xiàn)象，或者防止回掃式轉換器中同步MOSFET和主開關MOSFEF出現(xiàn)同時導通的現(xiàn)象。
圖1是正激式轉換器副邊的同步整流電路，當主開關MOSFET導通時，電壓Vs是趨向於成為正電壓。這個電壓使得整流MOSFET（FR）中的體內二極管成為正偏置。而且，由於檢測高電平Vs與續(xù)流MOSFET（FW）的關斷之間存在延遲，在t0-t1.這段時間內，續(xù)流MOSFET、整流MOSFET中的體內二極管、以及隔離變壓器的副邊便形成短路回路，在其中流過的電流在理論上不受限制。短路電流的數(shù)值只受到電路中寄生參數(shù)的限制，而且最終是由PWM中的保護電路來限制短路電流。
圖1. 在副邊形成的短路回路
對於整流MOSFET關斷過程，這些考慮同樣成立，對於其他的隔離式轉換器要關斷的開關器件也同樣是適用的。為了避免出現(xiàn)這種惡劣的情況出現(xiàn)，必須先把續(xù)流MOSFET關斷，然後整流MOSFET才由關斷變成導通。
這就是說，必須提前把續(xù)流整流器件切斷，或者說在關斷續(xù)流整流件時必須有一些“提前量”。
圖 2. 在關斷續(xù)流MOSFET時必須有一些“提前量”以防止電路中出現(xiàn)短路
在圖2中，繪出了驅動同步整流器的正確信號 。在這里，控制MOSFET在進入導通之前，續(xù)流MOSFET處於關斷狀態(tài)（VGS 為低電平）。當電壓Vs 為正時，續(xù)流MOSFET是關斷的，它的體內二極管不會讓回路中有電流流過。
三、本文提出的方法
本文提出的方法是利用時鐘輸入信號來產(chǎn)生一個正確的驅動信號，用於推動同步整流器，它與主要的PWM信號有關。特別是，在使用兩只同步整流器件的情況下，驅驅動信號是互補的，用這個方法能夠按照圖3所示的時間來運作，也就是說，輸出信號OUT2由高電平轉變?yōu)榈碗娖接幸粋€提前量AN2， OUT1由高電平轉變?yōu)榈碗娖酱嬖谝粋€提前量AN1。
圖 3. 時鐘信號、OUT1和OUT2在時間上的相互關系
這些功能是按照輸入的時鐘信號、通過控制電路的同步運作來實現(xiàn)的。它檢測切換轉換過程和電源轉換器的切換頻率（fS）。為了形成時間提前量AN1和AN2，電路必須能夠預先知道是在甚麼時間進行切換。這是用一只頻率為fI 的振蕩器來實現(xiàn)的，它的頻率比電源轉換器的開關頻率高很多，并且使用兩組數(shù)字式計數(shù)器。這兩組數(shù)字式計數(shù)器起的作用是不同的，一組是用於測量整個切換周期，這逐周地進行的，并把測量結果存儲起來供下一周使用，而另外一組數(shù)字式計數(shù)器則測量時鐘信號處於高電平的時間長短，并把測量結果存放起來，供下一周使用。系統(tǒng)的精確度和分辨率取決於用於這個方法的內部振蕩器頻率。轉換器的切換周期和時鐘信號處於高電平的時間是作為前一周的參數(shù)，那麼就可以在下周形成一個合適的時間輸出 信號，特別是在關斷過程中形成一個在時間上適當?shù)奶崆傲俊＿@個在時間上的提前量可以用內部振蕩器的周期TI 的個數(shù)、以離散的數(shù)字設定。
在使用兩個同步整流器件、它們由兩個互補的控制信號驅動的情況下，整個系統(tǒng)由以下部件組成：一個內部振蕩器、有限狀態(tài)機、兩對加數(shù)/減數(shù)（UP/DOWN）計數(shù)器以及兩個控制輸出邏輯電路（圖4）。這個系統(tǒng)有一個輸入，兩個輸出：輸出是推動轉換器副邊兩只MOSFET晶體管的驅動信號；輸入是時鐘信號（CK）。另外兩個參數(shù)是用於設定兩個輸出信號OUT1 和OUT2的時間提前量。
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