交流/直流和隔离式直流/直流开关稳压器

2.1 同步整流的控制及其挑战（一）

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大家好我是德州仪器的系统工程师 David 今天非常高兴和大家一块分享同步整流的控制及其挑战今天的主要内容分为四个方面首先介绍采用同步整流推动力及其优势接着继续介绍同步整流的控制方法自驱基于漏源电压的采样基于伏秒平衡的控制以及自适应的控制接着继续介绍在设计同步整流时的挑战例如同步整流管子的选择运行在 CCM 模式下的同步整流的控制如何避免噪音如何给同步整流供电以及如何考虑 EMI 最后对以上内容进行总结下面首先介绍采用同步整流推动力及其优势首先我们看电源的效率和功率密度的需求在这三张图片里面三种不同功率的适配器可以看到尺寸一样但是功率却是从 5W 10W 15W 不同同样的外壳尺寸同时要求同样的外壳的温升而这也就意味着当功率提高时要求有更高的功率密度和效率其次很多手机厂商喜欢针对不同的手机型号配备同样的适配器同时不仅电源需要高效高功率密度政府也出台电源的效率标准例如美国能源部要求在外部适配器贴上这个罗马数字 V 来表明电源的效率水平右边这张图列出了不同年份对四点平均效率的要求可以看到效率从 2004 年的 83% 增加到现在实行的 2016 年的 88% 所以工业和政府都需要高效高功率密度的电源为了提高效率首先我们来看变换器中的损耗器件在这张图中显示了一个标准的反激变换器当用二极管整流时二级管的正向压降相对固定二极管上会流过负载电流它的损耗可以通过正向压降和负载电流的乘积来计算通过对比二极管效率的损失和输出功率的比值可以看到二极管效率损失点等于正向压降除以输出电压通过这个公式可以得出二极管的正向压降直接反应效率的损失点而且当输出电压较低时效率损失点就更多为了提高效率首先要减小正向压降从右边这张正向压降和电流关系的曲线可以得出肖特基二极管在同等电流下比普通的二极管有较小的正向压降所以肖特基二极管有助于提高效率减小损耗可以考虑我们是不是可以做的更好为了进一步减小肖特基二极管的损耗提出了采用同步整流的方式同步整流的概念是用 MOS 管的 RDS(ON) 替代二极管的导通损耗我们能控制 MOS 管的开通和关断的二极管的同步这也就是说当二极管导通时 MOS 管开通当二极管阻断时 MOS 管关断这样我们就能用 MOS 管来代替二极管由于 MOS 管的 RDS(ON) 非常低所以 MOS 管相比二极管有比较低的正向压降这有助于减小导通损耗如中间这张图所示这张图对比了肖特基二极管以及同步整流管的正向压降对于同样的导通电流 MOS 管有非常低的正向压降所以可以降低导通损耗提高效率尤其对于低压输出时效率提升更加明显继续来看损耗对比这里是一个实际例子当反激的副边电流运行在 DCM 模式时电流为三角波平均电流即为输出电流当用二极管整流时我们采用分段线性的方法即红色曲线估计二极管的正向压降这样我们就可以用一个电阻和固定正向电压串联的方式来建模当采用同步整流时 MOS 管的压降为电流和电阻乘积的电压降可以简单用一个电阻来估计损耗通过利用这个波形和已知二极管和 MOS 管的模型我们开始估算不同负载电流时二极管和 MOS 管的损耗为了方便计算假设 50% 的占空比在 3A 的负载时可以看到二极管损耗远远大于同步整流管的损耗所以采用同步整流可以减小导通损耗提高效率既然同步整流的损耗非常小如何来控制同步整流管呢谢谢大家