電源技巧 67：使用同步整流器提高非連續反激效率

　　眾所周知，同步整流器能夠以較低的電阻式開關電壓降替代整流器結點電壓，大幅提升電源效率。其挑戰在于制定穩健的控制策略，驅動組件并最大化其優勢。與連續的反激相比，同步整流器在非連續的反激中運行更具挑戰性。圖 1 是反激式同步整流器的簡化原理圖及相關波形。在 t=0 時，主開關 Q1 導通，其漏極電流迅速增大。

圖 1：自驅動同步整流器無法自然地在非連續反激中整流

　　隨后關斷開關，變壓器繞組線端點上的電壓上升，直至 Q2 的體二極管將變壓器上的電壓鉗制到輸出電壓之下。注意，Q2 的柵極比其源極更活躍。這樣，電流不僅可從體二極管到 MOSFET 通道的地方進行整流，而且還可提高整流效率。該電路可通過變壓器連接的正向柵源電壓被有效鎖存。

　　在此期間，磁化電感會放電并轉向相反方向。為退出這一狀態，必須導通 Q1，逆轉Q2 柵極電壓使之關斷。這是一個極具壓力的事件，兩個晶體管同時導通，電流及電壓峰值都非常高。這一 簡單電路一般在持續導通狀態下運行，在整個過程中至少有一個開關處于導通狀態。

　　使同步整流器在非連續反激中工作的關鍵，在于讓它們像其所替代的二極管一樣工作，即在電流轉向時必須將它們關掉。傳統方法是采用緩沖電流變壓器，并在電流處于正確方向時提供正驅動電壓，當電流在相反方向時逆轉該驅動。其短板在于電流變壓器的成本和尺寸以及用于緩沖的數個分立式組件。

　　德州儀器 (TI) 等幾家公司已經開發了取代圖 2 所示電流感應驅動電路的 IC。同步整流器被移動至變壓器的低側，由控制芯片提供定時和柵極驅動功能。其優勢在于將源極直接連接到地面，而且可直接驅動柵極。

圖 2：IC 通過感測整個漏極電壓的電壓轉向，正確驅動同步整流器的柵極。

　　由于該設備通過監控漏源極電壓來運行，因此在源極將系統連接到地面時，該電路也不容易產生噪聲。這一電路現在發揮著非連續反激作用，右邊顯示的是一些理想的波形。需要特別注意的是輸出整流器上的電壓應力，也就是 IC 上的漏極電壓 (VD) 連接。由于振鈴原因，這個電壓實際上會更高。但理想情況下，電壓等于反射的輸入電壓加上輸出電壓。如果輸出電壓大于 5V，或者如果支持寬泛的輸入電壓，該節點上的電壓會輕松超過該 IC 50V 的額定電壓。

　　圖 3 是一款簡單的低成本電路，其運行電壓額定值大約相當于包括兩個組件的VD pin。正如圖中右邊所示，VD pin上的電壓受限于輸出電壓。在初級 FET Q1 導通時，Q2 和 Q3 漏極上的電壓等于反射輸入電壓加輸出電壓。由于 Q3 的柵極與輸出電壓相連，因此源極電壓大約會比閾值電壓低。在 Q2 導通時，Q3 體二極管導通，其源極被降至輸出電壓以下，從而可增強 Q3 性能，使 VD pin與 Q3 漏極相連。

圖 3：簡單的鉗位能擴展可用工作電壓范圍。

　　總而言之，用戶不能自行為非連續的反激變換器創建自驅動同步整流器。我們需要添加一些電路來判斷驅動它們的時間，而驅動電流變壓器以及半導體電路都能實現這一應用，其中半導體電路在尺寸和成本上有相對優勢。現在已有若干廠商開發了這些電路，但它們可能需要適當的接口來緩沖才能與電源中的高電壓及大電流匹配。

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