[發(fā)明專利]一種同步整流實(shí)現(xiàn)方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201410186940.4
• 申請(qǐng)日: 2014-05-05
• 公開（公告）號(hào): CN103944426B
• 公開（公告）日: 2017-08-08
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 王保均
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 廣州金升陽(yáng)科技有限公司
• 主分類號(hào): H02M7/217
• 分類號(hào): H02M7/217
• 代理公司: 廣州知友專利商標(biāo)代理有限公司44104
• 代理人: 宣國(guó)華

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及同步整流技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種同步整流實(shí)現(xiàn)方法。

背景技術(shù)

工業(yè)與民用都經(jīng)常需要把各種電網(wǎng)交流電壓變成直流，而且大部份是隔離的直流電，隨著國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)對(duì)各種用電器的工作效率的進(jìn)一步要求，目前對(duì)用電器中的變換器(一般為開關(guān)電源)的變換效率要求越來(lái)越高。其它國(guó)家也非常重視，如美國(guó)的能源署就制訂了很多標(biāo)準(zhǔn)來(lái)規(guī)范開關(guān)電源的效率，其中80PLUS系列標(biāo)準(zhǔn)對(duì)電源的效率要求很高，金牌以上的電源必需使用同步整流(Synchronous rectifier)才能滿足效率要求。

高效率開關(guān)電源一般包括功率級(jí)、變壓器、同步整流電路以及同步整流控制電路。通常，功率級(jí)可以將輸入電壓變成交流電壓，交流電壓經(jīng)過(guò)變壓器變成副邊交流電壓，副邊交流電壓經(jīng)過(guò)同步整流電路轉(zhuǎn)換成期待的直流電壓加在負(fù)載上，期待的直流電壓一般叫輸出電壓，從而完成從輸入的直流電壓到輸出電壓的轉(zhuǎn)換，其中同步整流控制電路通過(guò)控制同步整流電路中的同步整流開關(guān)管的開通和關(guān)斷來(lái)實(shí)現(xiàn)同步整流，代替?zhèn)鹘y(tǒng)的整流二極管來(lái)實(shí)現(xiàn)整流。

同步整流技術(shù)是高效率開關(guān)電源中應(yīng)用廣泛的技術(shù)，采用通態(tài)電阻極低的金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管(Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor，簡(jiǎn)稱MOSFET，或MOS管)取代整流二極管，以降低整流損耗、提高開關(guān)電源的整機(jī)效率。

同步整流開關(guān)管工作在仿二極管模式，但其導(dǎo)通壓降比二極管要低，這樣來(lái)提高開關(guān)電源的整機(jī)效率。同步整流開關(guān)管簡(jiǎn)稱為同步整流管，根據(jù)同步整流管在關(guān)斷前的瞬間，流過(guò)同步整流管的電流是否為零，可以將同步整流管所在開關(guān)電源的工作模式，分為連續(xù)模式(Continuous Current mode，簡(jiǎn)稱CCM)、斷續(xù)模式(Discontinuous Current mode，簡(jiǎn)稱DCM)以及臨界模式(Critical Current mode，CrCM)。在CCM模式下，同步整流開關(guān)管關(guān)斷時(shí)電流不為零，而在DCM/CrCM模式下，同步整流開關(guān)管關(guān)斷時(shí)電感電流為零。在DCM模式下，可以消除輸出濾波環(huán)流，減小磁損和開關(guān)損耗，同時(shí)防止反灌電流，從而提高可靠性。

由于現(xiàn)代高速超大規(guī)模集成電路的尺寸不斷減小，功耗不斷降低，供電電源的電壓也隨之要求越來(lái)越低。很多領(lǐng)域的直流母線電壓由原來(lái)的48V降為24V，甚至降至12V。例如電腦主板中，CPU的工作電壓目前已低至1.0V左右，電流卻是近70A，這個(gè)工作電壓就是由12V的母線電壓經(jīng)BUCK電路降壓而來(lái)。在這個(gè)系統(tǒng)中，電壓要經(jīng)過(guò)三級(jí)變換，第一級(jí)，由輸入的市電經(jīng)過(guò)PFC電路(Power Factor Correction)變換為342V至380V左右的直流高壓，其目的提高開關(guān)電源的功率因數(shù)，減小輸入電流諧波；第二級(jí)，為主功率拓?fù)?，目前常用半橋LLC電路(Series-Parallel Resonance Circuit)，實(shí)現(xiàn)從380V降至12V并實(shí)現(xiàn)電氣隔離；第三級(jí)，再由12V經(jīng)BUCK電路降至1V左右電壓。

由于是多級(jí)變換，為了實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的高效率，每一級(jí)的變換效率都要高，這就要求主功率級(jí)不能使用傳統(tǒng)的肖特基二極管(SBD)、快恢復(fù)開關(guān)二極管(FPD)等作為輸出整流管，其正向壓降約為0.4V-0.6V，甚至達(dá)1V，大電流時(shí)的通態(tài)功耗很大，在輸出電壓12V的主功率級(jí)變換器的損耗中，將占主要比重，這一級(jí)采用同步整流可以提高系統(tǒng)的變換效率。現(xiàn)代高速集成電路的電源電壓，前文已描述過(guò)，已達(dá)1V左右，已降低到幾乎可以與SBD或FRD正向壓降可比的程度。所以必需采用三級(jí)變換，由第三級(jí)BUCK電路把12V降至1V左右的工作電壓。

綜上，同步整流在上述三級(jí)變換中至關(guān)重要。

同步整流的驅(qū)動(dòng)方式有電壓型驅(qū)動(dòng)和電流型驅(qū)動(dòng)兩種。按照同步整流管的門極驅(qū)動(dòng)電壓的來(lái)源，又可以分為自驅(qū)動(dòng)(Self driven)和外驅(qū)動(dòng)(Externally driven)，外驅(qū)動(dòng)又稱為控制驅(qū)動(dòng)(Control driven)。組合起來(lái)就有多種同步整流方案，以下分別敘述：

1、外驅(qū)動(dòng)同步整流

外驅(qū)動(dòng)同步整流管的門極電壓需要從附加的外設(shè)驅(qū)動(dòng)電路獲得。為了實(shí)現(xiàn)同步，驅(qū)動(dòng)電路必需由變換器的主功率開關(guān)管的驅(qū)動(dòng)信號(hào)來(lái)控制。如中國(guó)專利號(hào)為ZL200810092272.3的發(fā)明，就是通過(guò)71、72這兩個(gè)電容取代了原同步變壓器獲得驅(qū)動(dòng)信號(hào)；

外驅(qū)動(dòng)同步整流的缺點(diǎn)是驅(qū)動(dòng)電路復(fù)雜，需要有檢測(cè)控制、定時(shí)邏輯、同步變壓器等。

2、電壓型(或電流型)自驅(qū)動(dòng)同步整流