開關(guān)電源中的自驅(qū)同步整流技術(shù)

自驅(qū)動(dòng)方式是最簡(jiǎn)單的同步整流驅(qū)動(dòng)方式。圖示于圖1中。兩個(gè)二極管DF及DR由MOSFET QF及QR取代。在自驅(qū)動(dòng)技術(shù)中，變壓器二次側(cè)電壓用于驅(qū)動(dòng)同步整流元件QF及QR的柵極。在圖1中，雖然沒有展示出，但在變壓器的二次側(cè)可以用獨(dú)立的繞組去驅(qū)動(dòng)正向同步整流的QF或回流的同步整流的QR，這可通常用與初級(jí)繞組的不同匝數(shù)比的繞組做為柵驅(qū)動(dòng)繞組。這種方法適用于輸出電壓更高的場(chǎng)合。

圖1 自驅(qū)動(dòng)同步整流

圖2給出諧振復(fù)位正激自驅(qū)動(dòng)同步整流工作于連續(xù)導(dǎo)通型的波形圖，畫出QF、QR的源漏電壓的工作波形，同時(shí)給出初級(jí)側(cè)MOSFET的源漏波形。

第一個(gè)問題：對(duì)自驅(qū)動(dòng)同步整流即是QF、QR的兩個(gè)體二極管的導(dǎo)通間隔。在最佳導(dǎo)通狀態(tài)下，諧振式復(fù)位將出現(xiàn)在初級(jí)側(cè)MOSFET Q1進(jìn)入關(guān)閉時(shí)，在輸入低線時(shí)，Q1漏電壓在Q1再次導(dǎo)通前剛好回到輸入電壓值處。在輸入低線處，變換器會(huì)工作在最大占空比DMAX狀態(tài)，假設(shè)變換器設(shè)計(jì)于2：1的輸入變化范圍，占空比反比于輸入線路電壓，這樣占空比在高端線路輸入時(shí)將是0.5DMAX。在諧振復(fù)位的變換器中，復(fù)位時(shí)間間隔在整個(gè)線路變化范圍內(nèi)是不會(huì)變化的。也就是說該時(shí)間間隔是0.5DMAX。這就很清晰，在傳統(tǒng)最大50%占空比時(shí)，該時(shí)間間隔最大只能是25%的開關(guān)周期。

再觀看圖2，在此糟糕的時(shí)間間隔內(nèi)，QF及QR的體二極管處于導(dǎo)通狀態(tài)，正向整流MOSFET為導(dǎo)通流過折算到二次側(cè)的負(fù)向磁化電流。此刻回流的MOSFET正攜帶著電感電流與正向MOSFET電流之差值電流。QR的體二極管的導(dǎo)通在如此長(zhǎng)時(shí)間的間隔是非常不希望有的，這將使損耗大增。還有，由于體二極管攜帶大電流，在初級(jí)邊MOSFET Q1關(guān)斷時(shí)，其反向恢復(fù)時(shí)間將會(huì)很嚴(yán)重。正向的MOSFET還將在此時(shí)間間隔內(nèi)因?yàn)轶w二極管流過磁化電流，也會(huì)增加導(dǎo)通損耗。當(dāng)然，由于磁化電流通常要比負(fù)載電流小得多，這項(xiàng)損耗與回流開關(guān)相比不是很太大。

圖2諧振復(fù)位正激自驅(qū)動(dòng)同步

第二個(gè)問題：對(duì)于自驅(qū)動(dòng)同步整流，即是在線路電壓變化范圍內(nèi)RDS（ON）的變化。低壓MOSFET適合于自驅(qū)動(dòng)同步整流，其導(dǎo)通電阻RDS（ON）系對(duì)應(yīng)VGS=4.5V，最大柵壓允許為±20V。整流的同步用QF的柵由正比于線路電壓的某一電壓驅(qū)動(dòng)，而回流的MOSFET的柵由變壓器復(fù)位期間的一個(gè)恒定電壓驅(qū)動(dòng)，設(shè)計(jì)師必須選擇一個(gè)合適的匝比NP/NS給主功率變壓器。以便在低端時(shí)足以驅(qū)動(dòng)整流的MOSFET。使之達(dá)到低線的歐姆值范圍。設(shè)計(jì)的折衷出現(xiàn)在高端線路，此時(shí)，它可能超出整流用MOSFET的最大柵源電壓范圍。對(duì)于標(biāo)準(zhǔn)通訊用輸入范圍的36V~75V；合理的選擇應(yīng)是大約6：1，在低線這將給出6VVGS以驅(qū)動(dòng)整流的MOSFET，在高線時(shí)，它增至大約12.5V。一個(gè)MOSFET的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)展示出其RDS（ON）在此VGS范圍內(nèi)的變化，對(duì)一些MOSFET這個(gè)變化會(huì)超過10%以上，如果變壓器匝比NP/NS高于6：1，RDS（ON）的變化還會(huì)更高，因?yàn)镽DS（ON）在柵壓低于6V時(shí)會(huì)顯著增大。

在自驅(qū)動(dòng)同步整流中，同步整流用MOSFET的柵系直接從變壓器驅(qū)動(dòng)。使同步整流器導(dǎo)通或關(guān)斷的能量直接來自線路。驅(qū)動(dòng)整流的同步整流器的平均電流正比于開關(guān)頻率，正比于柵源電壓。因此，超過2：1的輸入線路電壓的變化其平均驅(qū)動(dòng)電流也將會(huì)按2：1變化。由于回流的同步整流器由恒定柵壓驅(qū)動(dòng)，因此在整個(gè)線路變化范圍內(nèi)，充電用平均電流也基本上是恒定的。

使用自驅(qū)動(dòng)同步整流以取代二極管整流器的另一個(gè)缺點(diǎn)是諧振復(fù)位電路的加載。圖3(a)示出諧振電路的電容，圖3（b）示出等效諧振電容與電感。（折算至初級(jí)側(cè)的）。

圖3 一次電容電路及二次同步整流電路

（a）諧振電路的電容 （b）等效諧振電容與電感

在復(fù)位時(shí)間間隔內(nèi)，QF的VDS是半正弦的電壓，它可看作QR柵源電容及QF的Coss一起作負(fù)載的諧振復(fù)位電路。此負(fù)載的凈效果是加大了復(fù)位時(shí)間間隔，假設(shè)變壓器磁化電感保持恒定，如果在加上自驅(qū)動(dòng)同步整流之后，仍需保持其恒定，磁化電感就不得不減小，它將是短的復(fù)位時(shí)間內(nèi)的結(jié)果，于是會(huì)產(chǎn)生更高的峰值復(fù)位電壓。減小磁化電感還將增加循環(huán)損耗，會(huì)有更多的能量存在變壓器中。