如何實現正激式同步整流拓樸結構

1 概述

利用 現 代 電力電子技術，控制功率變換裝置中功率開關晶體管導通和關斷的時間比率，實現輸入和輸出形態轉變的電路模式都稱為開關型變換器電路。DC-DC變換器是開關電源的核心組成部份，常用的正激式和反激式電路拓樸。因為結構簡單、輸入和輸出電氣隔離、使用元器件較少等優點，在中小功率電源中廣泛應用。正激式變換器與反激式相比，變壓器銅損較低，副邊紋波電壓和電流的衰減顯著，因此，更適用在低壓，大電流的場合下應用。常規 正 激 式變換器的功率處理電路只有一級，存在MOSFET功率開關電壓應力大，特別是當二次側采用自偏置同步整流方式，輸入電壓變化范圍較寬，如輸入電壓為75V時，存在柵極偏置電壓過高，甚至有可能因柵壓太高而損壞同步整流MOSFET的危險。而且當輸出電流較大時，輸出電感上的損耗將大大增加，嚴重地影響了效率的提升。使用交叉級聯正激式同步整流變換電路，不但輸出濾波電感線圈可省去，實現高效率、高可靠DC-DC變換器，達到最佳同步整流效果。

2 基本技術

2.1交叉級聯正激變換原理

交叉 級 聯 變換的拓樸如圖1所示，前級用于穩壓，后級用于隔離的兩級交叉級聯的正激變換器組成的同步降壓變換器。為了實現寬輸入電壓范圍及隔離級恒定的電壓輸入，前后兩級正激變換都應在最佳的目標下工作，從而確保由它所組成的高效率同步降壓變換器能接收整個35-75V通信用輸入電壓范圍，并將它變換為嚴格調整的中間25V總線電壓。

實際 中 間 總線電壓由隔離級的需要預置，取決于隔離級的變比。中間電壓較高時，可以采用較小的降壓電感值和較低的電感電流，因而損耗也少。整個降壓級的占空比保持在30^'60%，可協助平衡前后兩級正激變換的損耗。為使性能最佳，并使開關損耗降至
最小，開關頻率的典型值為240k-300kHz;由于使用低通態電阻(RDS(on))的MOSFET，導通損耗比較小。傳統的單級變換器主開關必需使用至少200V以上的MOSFET，其RDS(on)等參數顯著增加，必然意味著損耗增加，效率下降。交叉級聯正激變換拓撲的簡化原理圖如圖2所示。

2.2同步整流技術

眾所 周 知 ，普通二極管的正向壓降為1V，肖特基二極管的正向壓降為0.5V，采用普通二極管和肖特基二極管作整流元件，大電流情況下，整流元件自身的功耗非常可觀。相比之下，如果采用功率MOSFET作整流元件，則當MOSFET的柵源極施加的驅動電壓超過其閩值電壓，MOSFET即進入導通狀態，無論從漏極到源極或從源極到漏極，均可傳導電流。導通電流在MOSFET上產生的壓降僅與MOSFET的溝道電阻成比例關系，n個MOSFET并聯時，壓降可降為單個MOSFET的1/ n。因此，理論上由整流元件壓降產生的損耗可人為的降到最小。同步整流(Synchronous）

Rectify，縮寫為SR)正是利用MOSFET等有源器件的這種特性進行整流的一項技術。采用 功 率 MOSFET實施SR的主要損耗為:

導通損耗：

開通損耗：