2.1 同步整流的控制及其挑战(1)

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大家好 我是德州仪器的系统工程师 David 今天非常高兴和大家一块分享 同步整流的控制及其挑战 今天的主要内容分为四个方面 首先介绍 采用同步整流推动力及其优势 接着继续介绍同步整流的控制方法 自驱 基于漏源电压的采样 基于伏秒平衡的控制 以及自适应的控制 接着继续介绍 在设计同步整流时的挑战 例如同步整流管子的选择 运行在 CCM 模式下的同步整流的控制 如何避免噪音 如何给同步整流供电 以及如何考虑 EMI 最后对以上内容进行总结 下面首先介绍 采用同步整流推动力及其优势 首先我们看电源的效率和功率密度的需求 在这三张图片里面 三种不同功率的适配器 可以看到尺寸一样 但是功率却是从 5W 10W 15W 不同 同样的外壳尺寸 同时要求同样的外壳的温升 而这也就意味着 当功率提高时 要求有更高的功率密度和效率 其次很多手机厂商喜欢 针对不同的手机型号配备同样的适配器 同时不仅电源需要高效高功率密度 政府也出台电源的效率标准 例如美国能源部要求 在外部适配器贴上 这个罗马数字 V 来表明电源的效率水平 右边这张图列出了 不同年份对四点平均效率的要求 可以看到效率从 2004 年的 83% 增加到现在实行的 2016 年的 88% 所以工业和政府 都需要高效高功率密度的电源 为了提高效率 首先我们来看变换器中的损耗器件 在这张图中 显示了一个标准的反激变换器 当用二极管整流时 二级管的正向压降相对固定 二极管上会流过负载电流 它的损耗可以通过正向压降 和负载电流的乘积来计算 通过对比二极管效率的损失 和输出功率的比值 可以看到二极管效率损失点 等于正向压降除以输出电压 通过这个公式可以得出 二极管的正向压降 直接反应效率的损失点 而且当输出电压较低时 效率损失点就更多 为了提高效率 首先要减小正向压降 从右边这张正向压降 和电流关系的曲线可以得出 肖特基二极管在同等电流下 比普通的二极管有较小的正向压降 所以肖特基二极管有助于提高效率 减小损耗 可以考虑我们是不是可以做的更好 为了进一步减小肖特基二极管的损耗 提出了采用同步整流的方式 同步整流的概念 是用 MOS 管的 RDS(ON) 替代二极管的导通损耗 我们能控制 MOS 管的 开通和关断的二极管的同步 这也就是说 当二极管导通时 MOS 管开通 当二极管阻断时 MOS 管关断 这样我们就能用 MOS 管来代替二极管 由于 MOS 管的 RDS(ON) 非常低 所以 MOS 管相比二极管 有比较低的正向压降 这有助于减小导通损耗 如中间这张图所示 这张图对比了肖特基二极管 以及同步整流管的正向压降 对于同样的导通电流 MOS 管有非常低的正向压降 所以可以降低导通损耗 提高效率 尤其对于低压输出时效率提升更加明显 继续来看损耗对比 这里是一个实际例子 当反激的副边电流运行在 DCM 模式时 电流为三角波 平均电流即为输出电流 当用二极管整流时 我们采用分段线性的方法即红色曲线 估计二极管的正向压降 这样我们就可以用一个电阻 和固定正向电压串联的方式来建模 当采用同步整流时 MOS 管的压降 为电流和电阻乘积的电压降 可以简单用一个电阻来估计损耗 通过利用这个波形 和已知二极管和 MOS 管的模型 我们开始估算不同负载电流时 二极管和 MOS 管的损耗 为了方便计算 假设 50% 的占空比 在 3A 的负载时 可以看到二极管损耗 远远大于同步整流管的损耗 所以采用同步整流可以减小导通损耗 提高效率 既然同步整流的损耗非常小 如何来控制同步整流管呢 谢谢大家
课程介绍 共计6课时,32分0秒

2018 PSDS 研讨会系列 - (2) 同步整流的控制及其挑战

同步整流 2018 PSDS 研讨会系列

从2元和3元谐振拓扑基础开始,本课程将介绍谐振拓扑的关键特性,分析方法,控制挑战和设计考虑事项。 三个设计实例展示了具有高开关频率(〜1 MHz)或宽输出电压调节范围(2至1个输出电压调节水平)的谐振拓扑性能。 本次会议还介绍了一种新型谐振拓扑结构CLL谐振转换器,与传统的LLC串联谐振转换器相比具有尺寸和效率的优势。 最后,本课程为如何为各种应用选择最佳谐振拓扑提供指导。
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