适配器的反激同步整流控制电路分析
同步整流电路分析

同步整流电路分析(总6页)--本页仅作为文档封面,使用时请直接删除即可----内页可以根据需求调整合适字体及大小--同步整流电路分析一、传统二极管整流电路面临的问题近年来,电子技术的发展,使得电路的工作电压越来越低、电流越来越大。
低电压工作有利于降低电路的整体功率消耗,但也给电源设计提出了新的难题。
开关电源的损耗主要由3部分组成:功率开关管的损耗,高频变压器的损耗,输出端整流管的损耗。
在低电压、大电流输出的情况下,整流二极管的导通压降较高,输出端整流管的损耗尤为突出。
快恢复二极管(FRD)或超快恢复二极管(SRD)可达~,即使采用低压降的肖特基二极管(SBD),也会产生大约的压降,这就导致整流损耗增大,电源效率降低。
举例说明,目前笔记本电脑普遍采用甚至或的供电电压,所消耗的电流可达20A。
此时超快恢复二极管的整流损耗已接近甚至超过电源输出功率的50%。
即使采用肖特基二极管,整流管上的损耗也会达到(18%~40%)P O,占电源总损耗的60%以上。
因此,传统的二极管整流电路已无法满足实现低电压、大电流开关电源高效率及小体积的需要,成为制约DC/DC变换器提高效率的瓶颈。
二、同步整流的基本电路结构同步整流是采用通态电阻极低的专用功率MOSFET,来取代整流二极管以降低整流损耗的一项新技术。
它能大大提高DC/DC变换器的效率并且不存在由肖特基势垒电压而造成的死区电压。
功率MOSFET属于电压控制型器件,它在导通时的伏安特性呈线性关系。
用功率MOSFET做整流器时,要求栅极电压必须与被整流电压的相位保持同步才能完成整流功能,故称之为同步整流。
1、基本的变压器抽头方式双端自激、隔离式降压同步整流电路2、单端自激、隔离式降压同步整流电路图1 单端降压式同步整流器的基本原理图基本原理如图1所示,V1及V2为功率MOSFET,在次级电压的正半周,V1导通,V2关断,V1起整流作用;在次级电压的负半周,V1关断,V2导通,V2起到续流作用。
同步整流反激电路

同步整流反激电路同步整流反激电路是一种常用的电路结构,用于将交流电源转换为直流电源。
本文将介绍同步整流反激电路的工作原理、优点和应用。
同步整流反激电路是一种将交流电源转换为直流电源的电路结构。
它主要由一个MOSFET开关管、一个输出电感、一个输出滤波电容和一个二极管组成。
在工作时,MOSFET开关管会周期性地开关,使得电感储能和输出滤波电容充电,然后二极管导通,将储能的电荷传递给输出滤波电容,从而形成直流输出。
同步整流反激电路的工作原理是利用MOSFET开关管的导通和截止来实现电感储能和输出电容充电的过程。
当MOSFET开关管导通时,电感的电流线性增加,储存能量;当MOSFET开关管截止时,电感的能量会转移到输出滤波电容上。
通过控制MOSFET的开关时间,可以实现对输出电压的调节。
同步整流反激电路相较于传统的整流电路有一些显著的优点。
首先,同步整流反激电路的效率更高。
由于MOSFET开关管的导通和截止时间可以精确控制,可以使电路的开关损耗最小化。
其次,同步整流反激电路的输出纹波更小。
传统的整流电路在输出时会产生较大的纹波,而同步整流反激电路通过电感和输出滤波电容的储能和传递过程,可以有效地降低输出纹波。
此外,同步整流反激电路还具有体积小、重量轻、成本低等优点。
同步整流反激电路在实际应用中有广泛的用途。
首先,它常被用于交流-直流电源转换器中。
交流-直流电源转换器是电子设备中常见的电源模块,同步整流反激电路在其中起到关键作用。
其次,同步整流反激电路也被广泛应用于LED驱动电路中。
由于LED对电压和电流的要求较高,同步整流反激电路的高效率和低纹波特性使其成为LED驱动电路的理想选择。
此外,同步整流反激电路还可以用于太阳能充电器、电动汽车充电器等领域。
总结来说,同步整流反激电路是一种常用的电路结构,可以将交流电源转换为直流电源。
它具有高效率、低纹波等优点,并在交流-直流电源转换器、LED驱动电路等领域得到广泛应用。
反激式同步整流的工作原理

反激式同步整流的工作原理
反激式同步整流是一种通过控制开关管的开关状态来实现的电源转换技术,常用于高效率的电力转换器中。
工作原理如下:
1. 输入电压施加在反激式同步整流器的输入端,开关管S1和S2分别连接到输入端和输出端。
2. 当S1导通时,输入电流通过S1流入整流器的输出端,此时二极管D2导通,电源能量被储存在输出端的电容电压中。
3. 当S1关断时,输入电流被强制中断,此时二极管D1具有正向电压,导通以供给输出负载电流。
4. 当S1关断后,S2导通,此时输出负载电压仍为源状态,二极管D2不导通,电容电压没有被完全放电。
5. 当S2关闭时,输出电容电压通过负载流向输入端,此时D2具有反向电压,始终不导通。
整流器的工作状态回到了初始状态,等待下一次周期的输入电流。
通过控制开关管的开关状态,反激式同步整流器可以实现高效率的电能转换,减
少功耗和热损耗。
它具有电流反馈控制功能,可以根据负载需求精确地调整开关管的导通和关断时间,实现更好的电压稳定性和效率。
反激同步整流

一种反激同步整流DC-DC变换器设计摘 要: 对反激同步整流在低压小电流DC-DC变换器中的应用进行了研究,介绍了主电路工作原理,几种驱动方式及其优缺点,选择出适合于自驱动同步整流的反激电路拓扑,并通过样机试验,验证了该电路的实用性。
引 言:低压大电流DC-DC模块电源一直占模块电源市场需求的一半左右,对其相关技术的研究有着重要的应用价值。
模块电源的高效率是各厂家产品的亮点,也是业界追逐的重要目标之一。
同步整流可有效减少整流损耗,与适当的电路拓扑结合,可得到低成本的高效率变换器。
本文针对36V-75V输入,3.3V/15A 输出的二次电源模块,在分析同步整流技术的基础上,根据同步整流的特点,选择出适合于自驱动同步整流的反激电路拓扑,进行了详细的电路分析和试验。
反激同步整流基本的反激电路结构如图1。
其工作原理:主MOSFET Q1导通时,进行电能储存,这时可把变压器看成一个电感,原边绕组电流Ip 上升斜率由dIp/dt=Vs/Lp决定,磁芯不饱和,则Ip 线性增加;磁芯内的磁感应强度将从Br增加到工作峰值Bm;Q1关断时,原边电流将降到零,副边整流管开通,感生电流将出现在副边;按功率恒定原则,副边安匝值与原边安匝值相等。
在稳态时,开关导通期间,变压器内磁通增量△Φ应等于反激期间内的磁通变化量,即:△Φ=VsTon / Np=Vs'Toff / Ns从此式可见,如果磁通增量相等的工作点稳定建立时,变压器原边绕组每匝的伏-秒值必然等于副边每匝绕组的伏-秒值。
反激变换器的拓扑实际就是一个BUCK-BOOST组合的变换器拓扑的应用,而且如果副边采用同步整流,电路总是工作于CCM的模式下,其电压增益M=Vo/Vs=K·D/(1-D)(K为原副边匝数比)用PMOSFET和MOSFET替代图1中的萧特基二极管,可以实现同步整流的4种电路结构如图2和图3 反激电路的开关电压波形见图4,是标准的矩形波,非常适合同步整流驱动。
反激同步整流技术解密

反激同步整流技术解密同步整流同步整流(SR)是采用通态电阻极低的功率MOSFET取代整流二极管以降低损耗的一项新技术。
它能显著提升转换效率,并可利用其二次侧的优势改善电源指标,符合开关电源小型化、高能效、智能化的发展趋势。
随着六级能效的实施及快速充电技术的普及,同步整流在反激变换器中被电源工程师们广泛应用。
然而,同步整流如何分类及选型?其控制算法是如何解决振铃误开通等技术难题?系统应用时是否需要外部并联二极管及RC吸收……芯朋微技术团队分享原创观点,为您一一解答!同步整流分类从拓扑架构角度,同步整流可分为High side和Low side两大类。
High side特点:由于SR驱动电流大,SR参考地与输出地分开,EMC较好;高压自供电影响轻载转换效率;难以监控输出电压。
Low side特点:SR参考GND与输出共地,EMC稍差;输出电压直接供电,转换效率高;监控输出电压,易改善电源指标。
从控制策略角度,同步整流可分为DCM模式和CCM模式,而CCM模式又以预测关断和快速关断为主导。
DCM模式优点:算法简单可靠,外围精简。
缺点:控制算法与MOSFET通态电阻相关;SR须与原边芯片配合,仅能工作在不连续导电模式。
CCM模式--预测关断由SR开关波形扑捉Vg/n、Vo、T1信息,根据负秒平衡原理,估算SR关断点:优点:控制算法与MOSFET通态电阻无关,应用灵活;SR深度导通,转换效率高。
缺点:需采用电阻及积分电容提取相关信息,外围复杂、误差大;伏秒不平衡工况下(模式切换)有技术风险。
CCM模式--快速关断优点:算法简单可靠,外围精简。
缺点:控制算法与MOSFET通态电阻相关;SR在t1~t2区间非深度导通,转换效率有所降低。
同步整流关键技术以DCM同步整流技术为例,分别讨论同步整流控制算法的五大难题:1.由于振铃可能会产生负电压,如何避免振铃误开通造成直通炸机?2.关断阀值是固定不变的吗?如何自适应负载量和Rds(on)的温度特性?3.SR如何做好配角,避免损坏?4.SR关断点会引起反射电压突变,如何避免影响PSR采样?5.由于二极管整流与SR整流的温度特性完全相反,如何改善电压调整率?避免振铃误开通为了避免振铃引起的负电压(<-400mV)导致SR开通而引起与原边开关管直通现象,SR开通须附加条件,基于以下考虑:•单个振铃面积远远小于矩形波面积•振铃是以输出电压为中心正弦振荡,最高振幅在2*Vo附近自适应关断阈值SR须在去磁时间T2内关断:关断点过于提前轻则降低转换效率,重则影响PSR采样;关断点滞后轻则引起电流倒灌,重则可能导致直通。
同步整流电路分析

同步整流电路分析 Revised by Chen Zhen in 2021同步整流电路分析一、传统二极管整流电路面临的问题近年来,电子技术的发展,使得电路的工作电压越来越低、电流越来越大。
低电压工作有利于降低电路的整体功率消耗,但也给电源设计提出了新的难题。
开关电源的损耗主要由3部分组成:功率开关管的损耗,高频变压器的损耗,输出端整流管的损耗。
在低电压、大电流输出的情况下,整流二极管的导通压降较高,输出端整流管的损耗尤为突出。
快恢复二极管(FRD)或超快恢复二极管(SRD)可达~,即使采用低压降的肖特基二极管(SBD),也会产生大约的压降,这就导致整流损耗增大,电源效率降低。
举例说明,目前笔记本电脑普遍采用甚至或的供电电压,所消耗的电流可达20A。
此时超快恢复二极管的整流损耗已接近甚至超过电源输出功率的50%。
即使采用肖特基二极管,整流管上的损耗也会达到(18%~40%)P O,占电源总损耗的60%以上。
因此,传统的二极管整流电路已无法满足实现低电压、大电流开关电源高效率及小体积的需要,成为制约DC/DC变换器提高效率的瓶颈。
二、同步整流的基本电路结构同步整流是采用通态电阻极低的专用功率MOSFET,来取代整流二极管以降低整流损耗的一项新技术。
它能大大提高DC/DC变换器的效率并且不存在由肖特基势垒电压而造成的死区电压。
功率MOSFET属于电压控制型器件,它在导通时的伏安特性呈线性关系。
用功率MOSFET做整流器时,要求栅极电压必须与被整流电压的相位保持同步才能完成整流功能,故称之为同步整流。
1、基本的变压器抽头方式双端自激、隔离式降压同步整流电路2、单端自激、隔离式降压同步整流电路图1 单端降压式同步整流器的基本原理图基本原理如图1所示,V1及V2为功率MOSFET,在次级电压的正半周,V1导通,V2关断,V1起整流作用;在次级电压的负半周,V1关断,V2导通,V2起到续流作用。
同步整流电路的功率损耗主要包括V1及V2的导通损耗及栅极驱动损耗。
同步整流器自驱动方式及其典型整流电路分析

通电阻的 S5 来加速 S4 的关断。同样 在 S3 到 S4 的换流过程中,应尽快关 断 S3,可以采取降低辅助绕组漏感 的办法。
一个同步整流管导通时,另一个同 步整流管的栅源极负电压的幅值等 于二极管的正向导通压降。当辅助 绕组电压为 0 时,两个同步整流管
电压为负,绕组 Ls1 的负电压关断 S1, 绕组 Ls2 的正电压驱动 S2,负载电流 流过 S2,磁复位结束,变压器副边 电压为 0,在死区时间里,电压互感
N OI T A MOT UA SS NNOOII TTAACCII NNUU MMMMOOCC
RREETT UUPP MMOOCC &&
S ME TSTYNSE MER US AE M &
电压完全由 导通,因而在非对称工作的应用受
自己的栅源 到很大的限制。图5解决了同步整流
寄生电容提 管死区时间内体二极管的导通问题。
4
工作周期内,其电流基本不变。图3 电路整流部分基本工作过程如下:
中,随着 S3 电流的增加,S4 电流相 应减少。当该过渡过程结束后,输
出电流流经 S 3 的功率 M O S F E T,而 不是其体二极管,S4 因此而关断。
在开通过渡过程结束后,S3 导 通,S4 关断,输出电流全部流经导 通电阻很低的 S3,能量从变压器原 边传送到副边。变换器的工作过程
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2003.9 电子设计应用 w .cn
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INDUSTRY ANALYSIS
电源技术
COMMUNICATIONS & COMPUTER
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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适配器的反激同步整流控制电路分析随着消费类电子的发展,其外部供电电源(适配器)所消耗的电能占全球能耗的比例在急剧加大,成为不可忽视的耗能“大户”。
以美国为例,每年适配器需要消耗电能3000亿度/年,占整个国家每年用电总量的11%。
在节能减排深入人心的当今,目前各国政府的法规中对外部电源的要求越来越严格。
美国能源之星5.0,针对外部电源的平均效率也作出了更为苛刻的规范。
表1:输出电压Vout>6V时的电源效率。
表2:输出电压Vout<6V时的电源效率。
高功率密度,高集成度毫无疑问已经成为电子技术发展的方向,电源效率的提升不仅能减小电源的体积还能大大提高电源的可靠性。
适配器作为小功率的消费品,设计成本成为设计工程师首要考虑关键因素,Flyback 结构因为电路简单,已经成为设计150W以下适配器普遍采用的电路架构。
传统采用肖特基作为整流输出的设计中,因为肖特基的壁垒电压VF的存在,使得大电流输出的情况下,消耗在肖特基上的损耗很大,不仅造成电源效率低下,更因为温度过高降低了电源的可靠性。
为了解决这问题,同步整流技术应运而生,同步整流是采用通态电阻极低的专用功率MOSFET,来取代整流肖特基二极管以降低整流损耗的一项新技术。
深圳鹏源电子致力于为客户提供成本更优,效率更高的同步整流方案,为了满足客户高效高功率密度的设计需要。
准谐振(Quasi-resonance)因为谷底开通,能有效降低Flyback的开关损耗,提升效率,但需要注意的是QR临界电流模式,其导通损耗较连续电流模式(CCM)要大,所以在115Vac电压输入无PFC的情况下,QR的控制方式反而没有CCM的效率高。
而且QR为变频控制,在低输入电压满载的情况下开关频率很低,这就需要更大的变压器,电源的体积受到了限制。
因此,为提高效率,目前许多厂家都采用多模式控制方式,即在高压输入的情况下工作QR模式,在低压输入的情况下工作在CCM模式。
众所周知,目前所有厂家的同步整流控制器都只能工作在断续或临界模式,而擎力科技所推出的同步整流控制IC采用
dv/dt和预侦测专利技术,能完美自由地进行CCM/DCM同步控制,将电源的效率提高到极致。
图3:适配器常用的反激同步整流控制电路。
图3为适配器常用的反激同步整流控制电路,副边采用擎力科技的SP6018/SP6019作为整流控制,结合美国IXYS的专用同步Trench Mosfet作为输出整流Mosfet,因为IXYS的Trench Mosfet具有极低的Rds(on)和Qg,能将导通损耗降到最低,并能提高电源可靠性。
图4:CCM工作波形
图5:QR工作波形
图4、5分别为工作在CCM、DCM下的同步工作波形,其中浅绿色为同步MOS的Vds波形,紫色为SP6018/SP6019输出波形。
因为具有死区编程控制功能,能保证电源安全地工作在CCM模式,这也是业界唯一能出色应对连续模式的同步整流控制IC。
擎力科技同步整流的出色同步检测控制,使得客户在75W以下无PFC的电源设计时,不仅能采用低成本的CCM+SR控制方式,更能采用(CCM+QR)+SR多模式控制方式,极大低提高电源的效率并降低设计成本。
在带PFC的电源设计上,为客户提供QR+SR的控制方式,极大限度地利用同步MOS 的导通时间,效率更高。
鹏源电子作为一家专业为新型能源产品配套电子零件的代理商,致力为客户提供一站式的专业化服务。
公司拥有一批经验丰富的工程师并与多家研究机构有良好的合作关系,能为客户提供元器件选择、成套方案提供等增值服务,专注为客户提供高效绿色解决方案。