如何让同步整流器达到高效率标准.docx

PAGE 1 PAGE 1 如何让同步整流器达到高效率标准 为了达到ClimateSaversComputing及80PLUSPlatinum高效率标准，电源供应设计人员已经在电源系统中将相移全桥式DC/DC搭配使用同步整流器（FET）（图1）。对于这些高效率应用而言，相移全桥式转换器是的选择，由于DC/DC功率级的主要FET可达到零电压切换。同步输出整流器（QE及QF）的效率高于二极体整流，因此更简单达到这些高效率标准。然而，在无负载的条件下，这些同步整流器所耗用的电源，会高于输出的标准整流二极体。若要符合无负载条件下的待机输入电源需求，关闭同步整流器，并使用同步FET的本体二极体，进行输出整流更为适合。本文将介绍可依据转换器输入电源，开关相移全桥式转换器同步整流器的简易电路。 图1显示含同步整流器（QE及QF）的峰值电流模式，DC/DC相移全桥式转换器功能示意图。一般而言，FETQA至QF是以闸极驱动器/缓冲级加以驱动，QA至QD形成的H桥输入电流，则是以电流感应变压器（CT）网络加以测量。   图1.含同步整流器（QE及QF）的相移全桥式功能示意图。  如前所述，为达到零负载条件下的待机电源需求，关闭同步整流器为较适合的作法，由于驱动同步FET所耗用的电源，大于仅使用FET本体二极体进行标准整流所耗用的电源。在待机模式中，转换器的负载较轻，本体二极体耗用的电源相当少。以下等式可估算驱动一个同步整流器闸极所需的电源（PQEg）。在此等式中，变数QEg是FET闸极电量，Vg是FET闸极电压，变数fs是FET切换频率。在相移全桥式设计中，FETQE的闸极电量为115nC，并且以100kHz的12V闸极驱动信号加以驱动，因此大约需要138mW的电源驱动一个FET。在如此的条件下，驱动两个同步FET（QE及QF）所需的电源总计为276mW。假如同步整流器未关闭，驱动这些FET所需的电源，可能会补偿输入电源的25%至50%。额外的电源消耗会使设计不符合输入电源需求。    图2中显示的电路可新增至图1中显示的系统，依据系统负载掌握启用及停用FETQE与QF的同步整流器。  若要使此电路运作，需要同步闸极驱动器（U1及U2）产生反向及非反向输入。使用转换器电流感应电阻（VRS）的电流感应信号启用和停用FETQE及QF，此电路即可运作。电阻R1及C1会形成低频率电极为723Hz的低通滤波器，此滤波器所产生的DC电压（V1），可代表降压转换器电流感知电阻的平均电压大小。  在某些应用中，平均CS信号可低于0.25V，因此，电子元件A1、R3及R2的非反向放大器配置，可将平均电流感应信号（V1）放大为易于监控的可管理电流（V2）。放大器A2及电子元件R4、R5、R6会形成迟滞比较器，依据放大的平均电流感应信号，启用和停用同步整流器。电阻R7及R8即形成分压器，以削减放大器A2的输出，有助于防范闸极驱动器ICU1及U2过度输入电压。  同步FET会依据迟滞比较器（V4）的输出予以启用及停用。比较器的输出上升时，闸极驱动器的输出会降低，以停止同步整流，并使用FET本体二极体进行标准整流。迟滞比较器输出（V4）降低时，相移全桥式转换器的闸极驱动信号A及B会掌握FET闸极QE及QF，而且转换器会使用同步整流。   图2.关闭同步整流器的简洁电路   为说明如何设定此电路，可将此电路运用于如图1所示的600W相移全桥式转换器，其中的设计参数如下：  1.输入电压 2.输出功率 3.输出电压 4.峰间输出电感涟波电流 5.电流感知变压器（CT）匝数比 6.满载时的系统效率 此转换器的电流感应电阻（RS）为48.7Ohms，图2中的电路偏压（VBIAS）为12V。电阻R3会打算电流感应放大器增益，选取此电阻后，V2将在0V至10V的范围内运作。对于此设计，使用以下等式针对R3选择标准电阻值11.5kOhms用于此范例。   平均电流感应信号   电阻R5会设定近似的功率位准，以停用同步FET。为防范同步整流器流入输出电感的逆向电流，必需关闭同步整流器，以免输出电感电流达到临界传导模式。对于此设计，输出电源为60W时即达到临界传导模式。  ，达到临界传导模式的功率位准 计算电阻R5时，设定在达到临界传导模式的功率位准（PC）的1.5倍时，关闭同步整流器，这是为了确保同步整流器在输出电感达到临界传导模式前即已关闭。在此范例中，同步整流器在输出电源约为90W时关闭。    针对R5选取标准电阻值1.43kOhm