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工程师不要错过--各种拓扑结构的同步整流技术!

发布时间:2018-04-05 浏览次数:321

前言


从二十世纪末,由于MOSFET技术大幅度进步,使得MOSFET的导通电阻已经达到低于2mΩ,开关速度小于20ns。


有的使用氮化镓场效应晶体管(eGaN FET)器件并没有体二极管反向恢复(QRR),这使得DC/DC变换器中只要采用同步整流技术,初级即使不用软开关技术,也能给开关电源效率带来了巨大的提升。效率提升的百分点高达3%~8%,比软开关技术带来的效率提升要高得多,而且没有多少专利技术的限制。

原文档:各种拓扑结构的同步整流技术.pdf

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在36V-60V转12V、500KHZ降压转换器,氮化镓与MOSFET器件的效率比较。

同步整流技术在使用上面早已不再局限于2.5V、3.3V、5V这些低输出电压领域,现在上至12V,15V,19V,24V至28V以下输出,几乎都在使用同步整流技术。

下面我就来介绍和分析各种同步整流技术的优、缺点及其实现方法。


1、自驱动同步整流

1,这是最早的方法,也是最简单和成本最低廉的技术。

2,在输入电压典型值附近工作时,效果十分明显,在高端时,效率变差而且容易损坏MOSFET。

3,有的自驱动同步整流电路受输入输出电压的限制。




反激、单晶正激、推挽拓朴的自驱动同步整流电路

反激拓朴的同步整流电路





正激拓朴的同步整流电路

双晶正激拓朴的同步整流实用电路(初级侧输入电压为PFC之后390VDC)

有源箝位拓朴的同步整流电路



有源箝位正激拓朴的同步整流实用电路(VO=5V)



半桥拓朴的同步整流电路


2、

辅助绕组驱动的同步整流

为了防止高端输入时同步整流的MOSFET栅极上的电压过高,改用从二次绕组中增加驱动绕组的方式。

该方式可以有效地调节驱动同步整流的MOSFET的栅压,使它MOSFET栅压的合理区域,从而保护了MOSFET,提高了电源的可靠性,此外也将输出电压从5V扩展到24V。





3、控制IC方式的同步整流

为了提高驱动同步整流MOSFET的效果,从而设计了各种模式的同步整流的控制驱动IC。

1,控制IC驱动技术能克服自驱动技术的所带来的局限性。

2,减少或消除体二极管导通,使用精确时间控制电路可减小反向恢复损耗。

3,栅驱动电压可设置在最佳电平以使RDS(ON)最小。

4,可以更加智能化控制(轻载时关掉同步整流驱动,预检测栅驱动技术等)。

IR1167

主要特色有:

--适应反激变换器的DCM,CRM及CCM三种模式工作。适应LLC式半桥。

--最高500KHz工作频率。

--2A源出5A漏入的输出驱动的能力。

--栅驱动输出电压在10.7V到14.5V。

--Vcc电压从11.3V到20V。

--50ns关断比例延迟。

--直接检测MOSFET的源漏电压。



IR1168


NCP4303

其主要特点如下:

--能用于各种拓朴,诸如反激(CCM,DCM,QR)、正激、半桥及LLC电路的同步整流控制。

--工作电压范围从10.4V~28V,最高30V。

--精确的二次侧零电流检测技术,零电流检测端能耐压到200V。

--自动的用寄生电感补偿输入。

--典型40nS关断延迟,从电流检测输入到驱动输出。

--具有禁止输入,进入待机或低功耗工作模式。

--可调独立于VCC水平的最小导通/关断时间。

--5A/2.5A峰值电流漏入,源出水平。

--栅驱动电压内部箝制为12V(NCP4303A)或6V(NCP4303B)。

--低的起动及待机电流。

--最高工作频率可达500KHZ。

NCP4303A用于反激的同步整流电路

NCP4303B用于LLC的同步整流电路

UCC24610

主要特色如下:

--高达600kHz工作频率;

--VDS MOSFET检测;

--1.6Ω漏入、2.0Ω源出的栅驱动阻抗;

--自动轻载管理;

--可以从休眠和轻载模式下同步唤醒;

--可调输入的保护特色;

--20ns典型的关断比例延迟;

--可以直接从5V输出电压供电;

UCC24610反激同步整流电路

UCC24610反激同步整流电路



UCC24610 用于正激电路中做同步整流的电路


UCC24610 用于有源箝位电路中做同步整流的


由UCC24610作LLC谐振半桥同步整流的电路



由UCC24610作LLC谐振半桥同步整流的电路


LTC3900

LTC3900通过一个脉冲变压器接受来自主端控制器的脉冲同步信号。 拥有一整套用于外部MOSFET 的保护功能。它内置了一种可编程超时功能,当同步信号丢失或错误时,该功能将停用两个驱动器。

此外,该器件还利用箝位MOSFET 的漏-源极电阻来检测输出电感器电流,从而在电感器电流出现反向时关断 MOSFET。另外,如果电源电压过低,则LTC3900 还将关断驱动器。


SIP11203/4

SIP11203/04的主要特点如下:

-- 非常高的驱动能力,源出2.2,漏入4A。

-- 接受初级侧给出的同步信号,并能调节同步驱动信号的延迟。

--电源起动及关断过程中完整的控制。

--内含误差放大器及1.225V基准电压源。

--输出过压保护。

--反馈光耦的驱动。


SIP11203/4

LTC3766

1,同步整流驱动。

2,电压反馈(磁反馈)。

3,真正的远端采样差分放大器。

4,过热 / 过压保护。

5,平均电流限制非常适合于电池充电应用。



4、具有同步整流驱动信号的PWM-IC

在初级侧电路中,PWM-IC输出的同步整流信号经信号变压器或高速光耦传递至二次侧,再经过RC网络积分后,经过MOSFET驱动器去驱动同步整流的MOSFET。

或者把PWM-IC放在二次侧,经过MOSFET驱动器去驱动同步整流的MOSFET。

LTC3806反激的同步整流电路


LM5039的同步整流电路

LM5039的同步整流电路


ISL6752的同步整流电路


倍流整流的同步整流电路


ISL6754


LM5046的同步整流电路


混合式同步整流



5、总结

一,同步整流专用控制IC:

STSR2、STSR30,IR1166/7,IR1168,NCP4303,UCC24610,LTC3900/1。

二,具有同步整流功能兼有其它功能的IC:

MAX5058,MAX5059,NCP4302,LTC1698,LT3766。

三,具有同步整流驱动信号的PWM-IC:

LTC3806,LTC3722/3,SC4910A/B,SIP11203/4,SI9122,LM5027,ISL6752/4,LM5045/6,UCC28950。

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