电流驱动同步整流反激变换器的研究
基于UC2842同步整流技术的反激变换器的研究

独创性声明
本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师的指导下进行的研究工 作及取得的研究成果。尽我所知,除文中已标明引用的内容外,本论文不 包含任何其他人或集体已经发表或撰写过的研究成果。对本文的研究做出 贡献的个人和集体,均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明 的法律结果由 SR to some proper circuit topologies can receive low-cost and high-efficiency converters. Flyback converter has the excellence of the simple topology, the insulated input and output, the wide input voltage range and the easily using of multiply outputs, as a result of these, it has been widely used in the circuit of the high input voltage and low input power, especially widely used in the SMPS of 5~150 watts.
The traditional converter always adopts common diode or schottky diode to rectify, thanks to the great positive turn-on voltage of the diode, the power dissipation is considerably great, the rectifying dissipation turns to the main dissipation and can’t content with the high efficiency and small volume of the low-voltage and high-current SMPS. In this situation, Synchronous rectification(SR) should be adopted. It adopts power MOSFET instead of traditional schottky diode and common diode to rectify. As a result of the low turn-on resistance, short switching time and high input resistance, the power dissipation of the switching converter has been greatly cut down between the rectifying process, the efficiency of the converter has also been increased, so the MOSFET becomes to the preferred rectifier of the low-voltage and high-current SMPS.
电流驱动同步整流反激变换器的研究

电流驱动同步整流反激变换器的研究陈丹江,张仲超(浙江大学,浙江杭州310027)摘要:分析了工作在恒频DCM方式下的反激同步整流变换器。
为了提高电路的效率,采用了一种能量反馈的电流型驱动电路来控制同步整流管。
分析了该驱动电路的工作原理,并给出了设计公式。
实验结果表明该方法提高了反激变换器效率的有效性。
关键词:反激;同步整流;能量反馈;电流驱动ResearchonaFlybackConverterUsing1引言随着数字处理电路(data processingcircuits)的工作电压的持续下降,保持电路的高效率受到了很大的技术挑战。
这是由于在低压电源中,二极管的正向压降引起的损耗占了电路总损耗的50%以上。
由于MOSFET同步整流管SR(synchronousrectifiers)的低导通电阻,在大量的电路中都用来代替效率低的肖特基二极管,特别是在低压电源中[1]。
反激是一种广泛应用于小功率的拓扑,由于只有一个磁性元件,而具有体积小,成本低的优点。
但是,目前同步整流在正激电路中的应用比较多,而在反激电路中的应用却很少。
这是由于正激电路比较适合大电流输出,能够更好地体现同步整流的优势;另外一个原因是可采用简单的自驱动,而反激电路原边开关和副边开关理论上会有共通。
但是,如果考虑到实际电路中变压器的漏感,则这种情况是不会产生的,所以当输出电流不是很大时,采用反激电路还是值得考虑的。
本文将对工作在DCM方式下的同步反激电路进行分析。
同步整流中最重要的一个问题是同步管的驱动设计。
同步管的驱动大体上可以分为自驱动(self driven)和他驱动(control driven),本文介绍了一种能量反馈的自驱动电路。
2同步整流在反激电路中的应用带有同步整流的反激电路如图1所示。
一般来说,电路可以工作在CCM或DCM方式,开关频率可以是恒频(CF),也可以是变频(VF)。
下面主要对工作在恒频DCM方式的工作过程进行分析。
同步整流实现反激变换器设计.

同步整流实现反激变换器设计摘要:详细分析了同步整流反激变换器的工作原理和该驱动电路的工作原理,并在此基础上设计了100V~375VDC 输入,12V/4A 输出的同步整流反激变换器,工作于电流断续模式,控制芯片选用UC3842,对设计过程进行了详细论述。
通过Saber 仿真验证了原理分析的正确性,证明该变换器具有较高的变换效率。
引言反激变换器具有电路简单、输入输出电压隔离、成本低、空间要求少等优点,在小功率开关电源中得到了广泛的应用。
但输出电流较大、输出电压较低时,传统的反激变换器,次级整流二极管通态损耗和反向恢复损耗大,效率较低。
同步整流技术,采用通态电阻极低的专用功率MOSFET来取代整流二极管。
把同步整流技术应用到反激变换器能够很好提高变换器的效率。
1 同步整流反激变换器原理反激变换器次级的整流二极管用同步整流管SR 代替,构成同步整流反激变换器,基本拓扑如图1(a)所示。
为实现反激变换器的同步整流,初级MOS 管Q 和次级同步整流管SR 必须按顺序工作,即两管的导通时间不能重叠。
当初级MOS 管Q 导通时,SR 关断,变压器存储能量;当初级MOS 管Q 关断时,SR 导通,变压器将存储的能量传送到负载。
驱动信号时序如图1(b)所示。
在实际电路中,为了避免初级MOS 管Q 和次级同步整流管SR 同时导通,Q 的关断时刻和SR 导通时刻之间应有延迟;同样Q 的导通时刻和SR 的关断时刻之间也应该有延迟。
图1 同步整流反激变换器2 同步整流管的驱动SR 的驱动是同步整流电路的一个重要问题,需要合理选择。
本文采用分立元件构成驱动电路,该驱动电路结构较简单、成本较低,适合宽输入电压范围的变换器,具体驱动电路如图2 所示。
SR 的栅极驱动电压取自变换器输出电压,因此使用该驱动电路的同步整流变换器的输出电压需满足SR 栅极驱动电压要求。
图2 驱动电路该驱动电路的基本工作原理:电流互感器T2 与次级同步整流管SR 串联在同一支路,用来检测SR 的电流。
低压大电流反激式同步整流开关电源的研究与设计-唐国林(电子版)

4.2开关电源主电路设计12
4.2.1防雷保护电路12
4.2.2 EMI电路13
4.2.3滤波与整流电路13
4.2.4 RCD钳位吸收电路14
4.2.5 RCD钳位电路的设计14
4.2.6高频变压器的设计15
4.2.7绕制变压器注意的一些问题19
4.3开关电源的控制电路20
This paper introduces the design offlybackconverter with low voltage and large current based on synchronous rectification, compares the flyback converter with different operation mode, and researches the flyback circuit, synchronous rectification technology. And this paper introduces the principle of Synchronous Rectifier ReverseConverter.This paper analyses the flyback synchronous rectifier circuit theoretically, and establishes analysis of mathematical models, and it designs a 85~265V input, single flyback switch power output of 3V/10A. Adopt the VIPer53 power IC and the power of the MOS by side to implement the rectifier output. Both the theoretical analysis and experimental results test and verify that Synchronous rectification in low voltage high current circuit has the obvious effect to improve the efficiency of the switch power supply, andflyback synchronous rectifier circuit has great practical value in the low voltage and high current switching power supply of small power.
带自驱同步整流的半无桥PFC电路技术研究

ELECTRIC DRIVE 2024Vol.54No.3电气传动2024年第54卷第3期摘要:半无桥双Boost 功率因数校正(PFC )电路能够获得更高变换效率,同时不增大共模噪声,但输入交流端的返回电流在引入的二极管上产生额外的损耗,降低了电路的变换效率。
研究用MOS 管替代二极管,其导通时具有极低阻抗短路与其并联的MOS 管(或其体二极管)和电感器支路,返回电流绝大部分流经MOS 管,从而降低导通损耗,提高变换效率;同时MOS 管及其体二极管为共模噪声提供低阻抗通路,共模噪声水平未发生改变。
给出了电路工作过程和设计准则,并用电路仿真验证了分析的正确性。
最后,研制出1.5kW 原理样机,验证了该电路能够进一步提高变换效率。
关键词:半无桥功率因数校正;自驱动同步整流;高效率中图分类号:TM28文献标识码:ADOI :10.19457/j.1001-2095.dqcd24583Research on Semi⁃bridgeless PFC Circuit Technology with Self⁃drive Synchronous RectifierSUN Tao 1,2,WANG Tao 1(1.Shanghai JARI Zhaoxin Information Science &Technology Co.,Ltd.,Shanghai 201210,China ;2.College of Automation Engineering ,Nanjing University of Aeronautics andAstronautics ,Nanjing 210016,Jiangsu ,China )Abstract:The semi-bridgeless dual Boost power factor correction (PFC )circuit can obtain higher conversion efficiency without increasing common mode noise ,but the return current of the input AC terminal produces additional losses on the introduced diodes ,which reduces the conversion efficiency.The replacement of diodes with MOS transistors was investigated.The MOS transistor was with very low impedance when turned on to short-circuit the MOS transister (or its body diode )and the inductor branch in parallel.Most of the return current was flowed through the introduced MOS transistor ,the conduction loss was reduced and the conversion efficiency was improved.At the same time ,a low impedance path was provided for the common mode noise through the MOS transistor and its body diode ,and the commonmode noise level was not changed.The working process and design criteria of the circuit were given ,and the correctness of the analysis was verified by circuit simulation.Finally ,a 1.5kW principle prototype was developed ,in which it was verified that the circuit can further improve the conversion efficiency.Key words:semi-bridgeless power factor correcttion ;self-drive synchronous rectifier ;high efficiency带自驱同步整流的半无桥PFC 电路技术研究孙涛1,2,王涛1(1.上海杰瑞兆新信息科技有限公司,上海201210;2.南京航空航天大学自动化学院,江苏南京210016)作者简介:孙涛(1984—),男,硕士,高级工程师,Email :***************传统功率因数校正(power factor correction ,PFC )电路中整流桥功耗占总功耗很大部分,导致变换效率难以超过96%[1-3]。
一种反激变换器自驱同步整流设计

张恒浩(1989—),男,高级工程师,主要从事开关电源研究。
宋浩谊(1977—),男,高级工程师,主要从事开关电源研究。
黄 超(1985—),男,高级工程师,主要从事开关电源研究。
一种反激变换器自驱同步整流设计张恒浩, 宋浩谊, 黄 超(中国电子科技集团公司第二十四研究所,重庆 400060)摘 要:在小功率开关电源中反激变换器应用广泛,同步整流技术的引入使反激变换器的工作效率得到显著提升。
基于自驱同步整流技术原理,提出一种改进的反激变换器电压自驱同步整流线路。
功率开关具备自动开通和定时关断功能,实现了宽输入电压范围的高可靠同步整流,最后实验验证了设计方案。
关键词:反激变换器;同步整流;自驱;功率开关中图分类号:TM46 文献标志码:A 文章编号:2095 8188(2021)11 0080 05DOI:10.16628/j.cnki.2095 8188.2021.11.012DesignofSelf drivenSynchronousRectificationforFlybackConverterZHANGHenghao, SONGHaoyi, HUANGChao(SichuanInstituteofSolidStateCircuits,ChinaElectronicsTechnologyGroupCorporation,Chongqing400060,China)Abstract:Flybackconverteriswidelyusedaslowpowerswitchingpowersupply.Theefficiencyofflybackconverterisgreatlyimprovedwiththeintroductionofsynchronousrectificationtechnology.Basedontheprincipleofself drivensynchronousrectificationtechnology,animprovedvoltageself drivensynchronousrectificationcircuitofflybackconverterispresented.Thedesignschemeisverifiedbyexperiments.Keywords:flybackconverter;synchronousrectification;self driven;powerswitch0 引 言直流稳压电源主要分为线性电源和开关电源两种,线性电源存在体积大、效率低、质量大等缺点,因此应用受到限制[1]。
倍流整流变换器中同步整流控制驱动的研究 开题报告解读

研究生选题报告题目:倍流整流变换器中同步整流控制驱动的研究学号姓名指导教师院、系、专业电气与电子工程学院电力电子与电力传动华中科技大学研究生院制填表注意事项一、本表适用于攻读硕士学位研究生选题报告、学术报告,攻读博士学位研究生文献综述、选题报告、论文中期进展报告、学术报告等二、以上各报告内容及要求由相关院(系、所)做具体要求。
三、以上各报告均须存入研究生个人学籍档案。
四、本表填写要求文句通顺、内容明确、字迹工整。
倍流整流变换器中同步整流控制驱动的研究一、课题的来源随着高速超大规模集成电路不断发展,构成这些电路电源系统的关键部件是各种不同技术规格的DC/DC变换器模块。
对于其供电电源来说,这些数据处理电路构成一类特殊的负载,工作电压较低、电流较大,各种工作状态相互转换时对应的电流变化率很高。
随着集成度的不断提高,越来越多的处理器集成电路将集成在同一个芯片上,因此下一代微处理器的额定工作电流将达到50A-1OOA,甚至更高,要求微处理器有严格的功率管理措施。
所有这些对微处理器这类典型负载的供电电源提出了更高的要求。
针对特殊电路的要求,电压调节器模块必须提供经过严格调整的低压和大电流输出,具有快速的动态响应。
从美国开关电源市场来看,跟随着计算机通讯设备迅速、持续稳定的增长及新的网络产品市场的迅速增长,未来的开关电源市场是非常乐观的,对中小功率变换器的需求更是呈现迅速上升趋势。
据权威市场专家预测:在今后五年内,小功率DC/DC变换器的主要发展趋势是:为了适应超高频CPU芯片的迅速发展,DC/DC变换器向低输出电压(最低可低到1.2V),高输出电流、低成本、高频化(400-500KHz)、高功率密度、高可靠性(MTBF >10000)、高效率、快速动态响应的方向发展。
模块电源主要分为DC/DC、AC/DC和DC/AC三种,其中DC/DC模块占据了90%的市场份额。
随着通信系统对电源产品的要求越来越高,DC/DC模块电源技术正发生着巨大的变化,朝着低电压大电流方向发展。
PSR反激开关电源同步整流问题解析

PSR 反激开关电源同步整流问题解析
本文将详细解析PSR 反激开关电源同步整流是怎样实现的,希望对大家有所帮助。
大家都知道同步整流相比功率二极管整流损耗小,效率高,相同功率下电源尺寸可以更小。
同步整流的驱动方式有电压型驱动和电流型驱动两种。
按照SR 门级驱动电压的来源,又分为自驱动和外驱动。
这里要介绍的是在充电器领域内常见的电压型其驱动的同步整流,知识点包含以下几个小节,结合芯片内部结构力求全面讲细讲清楚以及设计过程中遇到的一些坑,不过还不知道何为PSR 架构的童鞋可以先自行了解一下,本章先不展开来讲了。
知识点:
1.同步整流MOS 什幺时候开通?什幺时候该关断?
2.整流芯片是怎幺辨别原边导通的波形和RING 的?它的逻辑是怎样?靠
电路是怎幺实现的?
3.除了同步整流功能外,它还可以用来监控次级侧电压,犹如SSR 里面的TL341,可以使其动态响应远远优于普通的PSR 架构
一. SR 何时开通,何时关断?
(附上BCD 芯片的线路图)
图1
图2
图1 中次级侧的APR3415 是本章的主角了,图2 是其内部方框图,可以看。
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电流驱动同步整流反激变换器的研究
陈丹江,张仲超
(浙江大学,浙江杭州310027)
摘要:分析了工作在恒频DCM方式下的反激同步整流变换器。
为了提高电路的效率,采用了一种能量反馈的电流型驱动电路来控制同步整流管。
分析了该驱动电路的工作原理,并给出了设计公式。
实验结果表明该方法提高了反激变换器效率的有效性。
关键词:反激;同步整流;能量反馈;电流驱动ResearchonaFlybackConverterUsing
1引言
随着数字处理电路(data processingcircuits)的工作电压的持续下降,保持电路的高效率受到了很大的技术挑战。
这是由于在低压电源中,二极管的正向压降引起的损耗占了电路总损耗的50%以上。
由于MOSFET同步整流管SR(synchronousrectifiers)的低导通电阻,在大量的电路中都用来代替效率低的肖特基二极管,特别是在低压电源中[1]。
反激是一种广泛应用于小功率的拓扑,由于只有一个磁性元件,而具有体积小,成本低的优点。
但是,目前同步整流在正激电路中的应用比较多,而在反激电路中的应用却很少。
这是由于正激电路比较适合大电流输出,能够更好地体现同步整流的优势;另外一个原因是可采用简单的自驱动,而反激电路原边开关和副边开关理论上会有共通。
但是,如果考虑到实际电路中变压器的漏感,则这种情况是不会产生的,所以当输出电流不是很大时,采用反激电路还是值得考虑的。
本文将对工作在DCM方式下的同步反激电路进行分析。
同步整流中最重要的一个问题是同步管的驱动设计。
同步管的驱动大体上可以分为自驱动(self driv
en)和他驱动(control driven),本文介绍了一种能量反馈的自驱动电路。
2同步整流在反激电路中的应用
带有同步整流的反激电路如图1所示。
一般来说,电路可以工作在CCM或DCM方式,开关频率可以是恒频(CF),也可以是变频(VF)。
下面主要对工作在恒频DCM方式的工作过程进行分析。
主要波形如图2所示。
在DCM方式下工作时,原边开关开通时储存在变压器励磁电感上的能量在开关关断时全部传送到副边。
从图2可以看出,在原边开关开通之前,副边电流已经为零了。
由于MOSFET具有双向导电特性,所以为了防止副边电流逆流,必须在其到达零点时(即t3)或很短的一小段时间里关断SR。
因此,DCM方式下工作的反激电路必须要有一个零电流检测环节来控制电路。
在t3时刻SR关断以后,励磁电感Lm和电容Ceq=Csw+进行谐振,谐振阻抗为:
Zm=(1)
直到t5时刻原边开关开通为止。
同时,由于VDS的存在,原边开关开通时的开通损耗为:
图1带同步整流的反激电路
图2DCM方式下的反激主要波形
图3传统的电流型驱动电路
Pturnon(SW)=CSWVon2fs(2)
其中:Vin-nVo Von Vin+nV;
Vo为输出电压;
fs为开关频率。
也就是说,当原边开关在谐振电压的峰值开通时,电路的效率最低,相反,在谷值开通时,电路的效率最高。
因为谐振的时间tDCM=t5-t4会随着输入电压的变化而变化,即Von会随着输入电压的变化而变化,
从而电路的效率会随着输入电压的变化而发生扰动。
另一方面,由于SR的输出电容CSW比一般的肖特基二极管要大,由式(1)可知,采用同步整流的电路的谐振电流要比采用肖特基二极管的电路大,这个电流流过SR,从而产生比较大的损耗。
所以,如果电路的器件或者参数设计不当,用SR来代替二极管不一定能提高效率。
这个电路的另一种工作方式VFDCM就是基于这种思想产生的。
t3时刻SR关断后,在VDS第一次到达谷底时(见图2的t4时刻)开通原边开关,就可以达到减小开关损耗的目的,可以从整体上提高电路效率。
3同步整流管的驱动
SR的驱动是同步整流电路的一个重要问题。
有的电路可以采用自驱动,典型的电路比如采用有源箝位的正激电路,这种驱动由于是利用变压器副边的电压来驱动SR,不必另加电路,即节约了成本,又提高了电路的效率。
而有的时候为了能够更灵活地控制SR,则可以采用他驱动。
如前所述,只要采用零电流检测技术,反激电路也是可以采用自驱动。
传统的电流驱动电路如图3所示。
这种驱动电路是消耗能量的,为了减小这种损耗,电流检测线圈的压降必须尽可能低。
实际电路中一般要达到整流管压降的1/10。
比如说,在图3中,如果VSR=0.1V,则VCS要在0.01V左右。
而SR的驱动电压至少要5V,这样会导致N2和N1的匝数比非常大。
这不仅使得电流检测装置非常笨重,而且会增大漏感,影响到同步管的迅速开通。
这也是这种电路不适合在高频下工作的原因。
为了解决电流检测电路所引起的损耗问题,提出了具有能量反馈(energyrecovery)的电流检测电路[2],如图4所示。
这个电路增加了一个能量反馈部分,通过N3和N4的作用,把电流检测的能量反馈到一个直流源里,这个直流源可以是电路中的任一直流电压,一般用输出电压来代替。
有了这个电路后,VCS可以设计得比VSR 还高,而不会引入额外的损耗。
这样就解决了传统电流驱动电路匝数比大的缺点。
电路的基本工作过程如下,当电流从SR的源极流向漏极时,线圈N1上也流过同方向的电流,折算到线圈N2上的电流给SR的门极电容充电,当门极电压VGS折算到N3等于Vo时,二级管D1导通并且把能量从N1传递到直流源Vo。
适当设计N2和N3的匝数比,N2上的电压可以用来驱动SR,只要SR上的电流持续流过N1,直流源Vo保持不变,SR的驱动电压就不会随着输入电压的变化而变化。
当流经SR的电流降到零并且要反向流时,二级管D1关断,D2开通进行磁复位。
SR的门极电压为负,从而关断。
因此没有反向电流流过SR。
在这种电流驱动电路中,SR的特性就像一个理想的二极管一样。
(a)Vin=40V时VDS(SW)与ipri波形 (b)Vin=40V时VSR与isec波形
(c)Vin=60V时VDS(SW)与ipri波形 (d)Vin=60V时VSR与isec波形
图5实验波形
如上所述,流过N1上的电流除了折算到N2给门极电容充电外,还要有额外的电流来导通D1,这样才可以把N2的电压箝住。
从另一个角度来说,也就是流过N2的励磁电流不能太大,这可以通过适当设计励磁电感来实现[2]:
Lm (3)
式中:D为SR的占空比;
Ts为开关周期;
ISR-P为流过SR的电流峰值;
Vo为输出电压。
文献[2]对这个电路的稳态过程,瞬态过程进行了详细的分析,考虑到电路的具体参数以及电路的损耗,电流驱动电路的匝数比可以由式(4)~式(6)决定:
Vg(on)=Vo(4)
D≤(5)=(6)
式中:Vg(on)为SR的栅极驱动电压;
N1~N4为对应线圈的匝数;
VF D1为二极管D1的正向导通压降;
Vth为SR的栅极门槛电压;
VF BD为SR的体二极管正向导通压降。
4实验结果
设计了一个开关频率为100kHz的反激电路,其输入电压为40~60V,输出电压5V,输出电流2.5A。
同步整流管采用STP40NF03L,电压30V,电流40A,导通电阻<0.022Ω,栅极电容约为750pF。
电流驱动变压器的匝数比为2:58:29:25(N1~N4)。
图5为实验波形。
图5(a)是输入电压为40V时原边开关的漏源极电压和流过开关的电流波形。
图5(b)是输入电压为40V时SR的驱动电压和流过SR的电流波形。
图5(c)和图5(d)是输入电压为60V时相应的波形。
5结语
同步整流在反激电路中的应用虽然不多,但是当输出电流不大时,反激电路还是一个不错的选择。
同时,采用能量反馈驱动电路来控制反激同步整流管,提高了电路的效率。
这种驱动电路还具有适合于各种拓扑等优点。
作者简介
陈丹江(1979-),男,浙江大学电气工程学院电力电子与电力传动专业在读硕士生,研究方向电力电子技术。
张仲超(1942-),男,浙江大学电气工程学院电力电子与电力传动专业教授和博士生导师,主要从事电力电子技术与电力传动的研究。