适合于自驱动同步整流的反激电路拓扑进行了电路分析和试验

引言

低压大电流DC-DC模块电源一直占模块电源市场需求的一半左右，对其相关技术的研究有着重要的应用价值。模块电源的高效率是各厂家产品的亮点，也是业界追逐的重要目标之一。同步整流可有效减少整流损耗，与适当的电路拓扑结合，可得到低成本的高效率变换器。本文针对36V-75V输入，3.3V/15A输出的二次电源模块，在分析同步整流技术的基础上，根据同步整流的特点，选择出适合于自驱动同步整流的反激电路拓扑，进行了详细的电路分析和试验。

反激同步整流

基本的反激电路结构如图1。

其工作原理：主MOSFET Q1导通时，进行电能储存，这时可把变压器看成一个电感，原边绕组电流Ip上升斜率由dIp/dt=Vs/Lp决定，磁芯不饱和，则Ip 线性增加；磁芯内的磁感应强度将从Br增加到工作峰值Bm；Q1关断时，原边电流将降到零，副边整流管开通，感生电流将出现在副边；按功率恒定原则，副边安匝值与原边安匝值相等。

在稳态时，开关导通期间，变压器内磁通增量△Φ应等于反激期间内的磁通变化量，即：

△Φ＝VsTon / Np＝Vs'Toff / Ns

从此式可见，如果磁通增量相等的工作点稳定建立时，变压器原边绕组每匝的伏－秒值必然等于副边每匝绕组的伏－秒值。

反激变换器的拓扑实际就是一个BUCK－BOOST组合的变换器拓扑的应用，而且如果副边采用同步整流，电路总是工作于CCM的模式下，其电压增益

M＝Vo/Vs＝K·D/(1－D)(K为原副边匝数比)

用PMOSFET和MOSFET替代图1中的萧特基二极管，可以实现同步整流的4种电路结构如图2和图3

反激电路的开关电压波形见图4，是标准的矩形波，非常适合同步整流驱动。设计的关键点在于同步整流管的位置与驱动电路的结构配合、波形的整形限幅和死区控制。 

图1　基本反激电路结构图 
 
图2　由NMOSFET构成的反激同步整流电路结构 
 
图3　 由PMOSFET构成的反激同步整流电路结构

 
图4 CH1－整流管实验波形/ CH2－主开关实验波形  

 
图5　 一种实际的外驱电路  

 
图6　 增加驱动能力的外驱电路  

 
图7　 由NMOSFET构成的反激同步整流自驱动电路结构 

 
图8　 由PMOSFET构成的反激同步整流自驱动电路结构 

 
图9　反激同步整流半自驱电路结构  

 
图10、Vgs驱动波形，CH1同步整流管，CH2主开关管 

 
图11、Vds波形，CH1同步整流管，CH2主开关管 

 
图12　 转换效率曲线