电机

  1. 317 成员
  2. 1712 人气

参与评论

    同步整流在WK283R3S-33M中的应用

    帖子创建时间:  2013年07月08日 17:42 评论:0 浏览: 179 投稿
    同步整流在WK283R3S-33M中的应用1 概述WK283R3S-33M电源模块为非密封灌封系列,其主要技术参数:VOUT=3.3 V,VIN=18 V~36 V,POUT=33 W,SI/Sv=0.5%,η=85%,VP-P=100 mV。该电源模块的外形为1/4砖,其主要特点为低压大电流输出模块、高效率和低纹波电压值、体积为1/4砖可提高模块的功率密度。 2 电路拓扑DC-DC电源模块功率为30 W的电源拓扑通常选择单端正激式和反激式,该电源模块具有拓扑简单、输入/输出电气隔离等优点。功率转换电路选择单端正激式变换器,电路简单、应用方便,适用于低压大电流输出场合。该电路仅用一个功率开关管而且变压器绕制简单,可靠性高。与单端反激式变换器相比,虽增加了续流二极管和滤波电感,但变压器漏磁小、输出纹波电压低,效率高。该电源要求高效率,其电源的损耗主要为开关损耗、变压器损耗、输出整流损耗。该电源电路采用无损耗箝位电路和同步整流技术。3 关键技术提高开关频率能减小磁性元件、滤波电容的体积,有助于系统小型化。但是随着开关频率的提高、开关损耗增加、散热面积增大反而阻碍系统的小型化。提高开关频率,并保持效率不变甚至增加则是该系统设计的关键。因此,必须依据新技术、高性能元件以及高性能材料来实现系统设计。3.1 同步整流在低压大电流功率变换器中,若采用传统的普通二极管或肖特基二极管整流,由于其正向导通压降大,二极管压降为0.4 V,当通过10 A电流时,损耗为0.4%26#215;10%26#215;0.62=2.48W。这对于一个33 W电源具有2.48 W的整流耗损则是很大的。整流损耗则成为变换器的主要损耗,无法满足系统低压大电流开关电源高效率、小体积的要求。功率MOSFET开关时间短,输入阻抗高,这些特点使得MOSFET成为低压大电流功率变换器首选整流器件。功率MOSFET是一种电压型控制器件,作为整流元件,要求控制电压与待整流电压的相位保持同步才能完成整流功能,称为同步整流电路。MOSFET导通时的伏安特性为一线性电阻,称为通态电阻RDS。低压MOSFET新器件的通态电阻很小,如:通态电阻为4.4 mΩ,通过10 A电流时,通态损耗为:由上式可知,同步整流比二极管整流的损耗小得多,所以次级采用同步整流技术。同步整流技术分为自驱动和外驱动两种。自驱动是利用变压器次级来驱动MOSFET工作,易于实现,但应用范围较窄仅使用于低压输出电源:外驱动是由外部控制电路驱动整流和续流管实现同步工作,电路较复杂,应用于输出5 V以上电源。本系统设计的电源输出3.3 V电压,采用自驱动,使用变压器次级驱动MOSFET。电路工作过程为变压器次级正半周,V8导通,V9关断,V8为整流作用。变压器次级负半周,V9导通,V8关断,V9为续流作用。如图1所示。在300 kHz条件下工作,同步整流的损耗主要是导通损耗,而开关损耗较小。同步整流技术的关键是MOSFET的驱动控制。自驱动方式即使用变压器次级输出电压直接驱动,要求死区时间应尽可能小或没有。如果驱动波形存在死区时间内整流MOSFET的体二极管导通,增大整流的损耗及MOSFET的工作应力;当驱动波形的反向恢复时间较长时,可使次级整流和续流管的体二极管同时导通使变压器次级短路,减少损耗需在MOSFET上并联一个肖特基二极管,或是使驱动波形无死区时间,但要保证变压器磁复位。采用同步整流技术的工作波形如图2所示:(152.bmp:2ch-V8的Vgs波形;3ch---V8的Vds波形。Vin=28 V,Io=10 A,R5\6=0 Ω)。3.2 单端正激变换器变压器磁复位技术为了单端正激变换器有效利用同步整流技术提高工作效率,所以要解决变换器的磁复位与漏感储能问题,传统的解决方案为:(1)采用辅助绕组复位电路;(2)采用RCD箝位复位电路;(3)采用有源箝位复位电路。其中方案(1)要求辅助绕组与初级绕组必须紧密耦合,实际上因漏感的存在,电路中仍需外加有损吸收网络,以释放其储能;方案(2)是一种有损箝位复位方式,因其损耗的大小正比于电路的开关频率,和方案(1)相同需外加有损吸收网络,不仅降低了电源本身效率,也限制了电源设计频率的提高;方案(3)需附加一复位开关管和相关控制电路,不仅增加了电路复杂性,也使得附加电路损耗与总成本提高。最理想的磁复位技术是利用电路寄生参数和变压器磁化电感、漏感进行谐振,强迫磁化电流减小至零甚至反向。实验表明,实现这一技术的难度较大,需要许多参数的配合,输出功率越大谐振参数匹配越难。研发过程选用无耗复位网络和变压器次级去磁技术,能较好地解决变压器磁芯复位,并实现无死区,消除了同步整流管体二极管导通损耗。3.2.1 磁复位技术和去磁网络磁复位电路采用LCD网络,LCD箝位不但能够将变压器的激磁能量反馈回电网,而且能有效抑制开关管关断时由于漏感能量造成的电压尖峰。当V1关断时,C5箝位电容充电。当V1DS上升到大于输入电压时,C5放电V2导通,当V1DS导通时电感L2与C5谐振放电迫使V1DS硝下降,如图3所示。试验证明此电路有效吸收V1DS关断上沿的尖峰。图4所示为增加了电路LCD网络,波形中存在死区时间说明变压器已复位,但未增加去磁网络的V1DS波形-CH-2。次级箝位电路原理(属于有源箝位):在V8关断时,变压器极性反转,V7导通,同时由于变压器极性反转驱动V10(P一沟道MOSFET)导通,使变压器中的剩磁通过V10输出到次级,使变压器箝位减少死区时间。图5所示为电路的V1DS波形,可以看出波形已无死区工作时间。
    1. 商家友圈官方圈
      人数:8.1万
    2. 2A以上商家圈
      人数:8.2万