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        一種反激式同步整流開關(guān)電源

        2018-06-30 06:18:10余培鄧世國崔波劉華珠張志
        卷宗 2018年15期
        關(guān)鍵詞:場效應(yīng)管晶體管二極管

        余培 鄧世國 崔波 劉華珠 張志

        摘 要:本文闡述了開關(guān)電源技術(shù)領(lǐng)域,特別是一種適用于大電流輸出的反激式同步整流開關(guān)電源。

        關(guān)鍵詞:反激式同步整流開關(guān)電源

        近年來,隨著電子技術(shù)的發(fā)展,使得電路的工作電壓越來越低、電流越來越大。低電壓工作有利于降低電路的整體功率消耗,但也給電源設(shè)計提出了新的難題。開關(guān)電源的損耗主要由3 部分組成:功率開關(guān)管的損耗,高頻變壓器的損耗,輸出端整流管的損耗。在低電壓、大電流輸出的情況下,整流二極管的導(dǎo)通壓降較高,輸出端整流管的損耗尤為突出。快恢復(fù)二極管(FRD)或超快恢復(fù)二極管(SRD)可達1.0 ~ 1.2V,即使采用低壓降的肖特基二極管(SBD),也會產(chǎn)生大約0.6V 的壓降,這就導(dǎo)致整流損耗增大,電源效率降低。目前筆記本電腦普遍采用3.3V 甚至1.8V 或1.5V 的供電電壓,所消耗的電流可達20A。此時超快恢復(fù)二極管的整流損耗已接近甚至超過電源輸出功率的50%。即使采用肖特基二極管,整流管上的損耗也會達到(18%~ 40%)PO,占電源總損耗的60%以上。因此,傳統(tǒng)的二極管整流電路已無法滿足實現(xiàn)低電壓、大電流開關(guān)電源高效率及小體積的需要,成為制約DC/DC 變換器提高效率的瓶頸。

        現(xiàn)有開關(guān)電源都是采用專用的脈寬集成控制器,例如在電子工業(yè)出版社《新型開關(guān)電源實用技術(shù)》第62 及63 頁所介紹的開關(guān)電源—應(yīng)用脈寬集成控制器UC3842,它是應(yīng)用電流控制(Current Mode Control) PWM 的集成電路。其存在的不足在于:需要專用脈寬集成控制器,制作成本高;需要比較大的開機及持續(xù)操作電流;外圍器件要求較多,不利于微形化。

        為了克服以上現(xiàn)有技術(shù)存在的缺點,現(xiàn)提供一種低成本、能耗的反激式同步整流開關(guān)電源。為此,本技術(shù)提供了一種反激式同步整流開關(guān)電源,包括初級繞組L7、次級繞組L6、同步整流電路、驅(qū)動電路、檢測電路、控制電路,次級繞組L6 連接有驅(qū)動電路,同步整流電路輸入端與驅(qū)動電路連接,同步整流電路輸出連接次級繞組L6,檢測電路設(shè)于次級繞組L6 輸出端與驅(qū)動電路形成回路,其特征在于:[0006] 所述驅(qū)動電路包括輔助繞組L2-L4、整流二極管D9、濾波電容C30、濾波電容C33、PNP 型晶體管Q14、場效應(yīng)管Q15、電阻R85、電阻R90、二極管D15 和二極管D16,其中輔組繞組L2-L4、 整流二極管D9、濾波電容C30 和濾波電容C33 形成一個基本的整流濾波線路給整個驅(qū)動電路供電用。所述同步整流電路包括金氧半場效晶體管Q3、金氧半場效晶體管Q4、電阻R69、電阻R72、電阻R96、電阻R97,本技術(shù)的同步整流電路使用了電阻極低的金氧半場效晶體管Q3(功率MOSFET)來取代整流二極管D9 和專用的脈寬集成控制器組成的同步整流電路能降低整流損耗,大大提高DC/DC 變換器的效率并且不存在由肖特基勢壘電壓而造成的死區(qū)電壓。功率MOSFET 屬于電壓控制型器件,它在導(dǎo)通時的伏安特性呈線性關(guān)系。所述檢測電路包括檢測繞組CT1、電阻R65、電容C31、二極管D8、二極管D10、電阻R67、電阻R66 和電阻R68,檢測電路能夠在開關(guān)周期結(jié)束前提供切換信號。所述控制電路包括二極管D11、二極管D14、穩(wěn)壓管ZD3、電阻R63、電阻R70、電阻R71、電阻R73、電阻R77、電阻R78、電容C63、NPN 型晶體管Q11。所述輔助繞組L2-L4 迭加在次級繞組L6 上,整流二極管D9 的負極連接電阻R77的一端、PNP 型晶體管Q14 的發(fā)射極和二極管D14 的陽極;PNP 型晶體管Q14 的集電極連接到場效應(yīng)管Q15 的D 極、二極管D15 和二極管D16 的陰極、電阻R85 和電阻R90 的一端;二極管D15 和二極管D16 的陽極、電阻R85 和電阻R90 的另一端連接到同步整流電路的金氧半場效晶體管Q3、金氧半場效晶體管Q4 的G 極;PNP 型晶體管Q14 的基極連接到電阻R77的另一端、電容C36 和電阻R78 的一端;電容C36 和電阻R78 的另一端連接到穩(wěn)壓管ZD3 的陰極;穩(wěn)壓管ZD3 的陽極連接到場效應(yīng)管Q15 的G 極、電阻R71 和電阻R73 的一端、二極管D11 的陰極和NPN 型晶體管Q11 的集電極;電阻R73 的另一端連接到二極管D14 的陰極;電阻R71 的另一端和電阻R70 串接在一起連接到輸出正極;二極管D11 的陽極連接到NPN 型晶體管Q11 的基極、電阻R63 的一端;電阻R63 的另一端連接到電阻R66、電阻R67 和電阻R68 的一端以及二極管D8 和二極管D10 的陰極。本技術(shù)的有益效果是:通過使用分立器件構(gòu)建一個效應(yīng)晶體管MOSFET 的驅(qū)動電路來驅(qū)動同步整流電路的效應(yīng)晶體管MOSFET,當(dāng)輸出電流越大時效率提高的越多,能夠提高電源的效率,減少空載功耗能,降低材料成本。

        下面結(jié)合附圖對本技術(shù)的具體實施方式作進一步詳細的說明。如圖1 所示,下面省略對基本電路描述只是圍繞本技術(shù)創(chuàng)新點進行說明。一種反激式同步整流開關(guān)電源,包括有初級繞組L7、次級繞組L6、同步整流電路、驅(qū)動電路、檢測電路,次級繞組L6 連接有驅(qū)動電路,同步整流電路輸入端與驅(qū)動電路連接,同步整流電路輸出連接次級繞組L6,檢測電路設(shè)于次級繞組L6 輸出端與驅(qū)動電路形成回路,所述驅(qū)動電路包括輔助繞組L2-L4、整流二極管D9、濾波電容C30、濾波電容C33、PNP 型晶體管Q14、場效應(yīng)管Q15、電阻R85、電阻R90、二極管D15 和二極管D16,同步整流電路包括金氧半場效晶體管Q3、金氧半場效晶體管Q4、電阻R69、電阻R72、電阻R96、電阻R97 ;檢測電路包括檢測繞組CT1、電阻R65、電容C31、二極管D8、二極管D10、電阻R67、電阻R66 和電阻R68。所述輔助繞組L2-L4 迭加在次級繞組L6 上,整流二極管D9 的負極連接電阻R77的一端、PNP 型晶體管Q14 的發(fā)射極和二極管D14 的陽極;PNP 型晶體管Q14 的集電極連接到場效應(yīng)管Q15 的D 極、二極管D15 和二極管D16 的陰極、電阻R85 和電阻R90 的一端;二極管D15 和二極管D16 的陽極、電阻R85 和電阻R90 的另一端連接到同步整流電路的金氧半場效晶體管Q3、金氧半場效晶體管Q4 的G 極;PNP 型晶體管Q14 的基極連接到電阻R77的另一端、電容C36 和電阻R78 的一端;電容C36 和電阻R78 的另一端連接到穩(wěn)壓管ZD3 的陰極;穩(wěn)壓管ZD3 的陽極連接到場效應(yīng)管Q15 的G 極、電阻R71 和電阻R73 的一端、二極管D11 的陰極和NPN 型晶體管Q11 的集電極;電阻R73 的另一端連接到二極管D14 的陰極;電阻R71 的另一端和電阻R70 串接在一起連接到輸出正極;二極管D11 的陽極連接到NPN 型晶體管Q11 的基極、電阻R63 的一端;電阻R63 的另一端連接到電阻R66、電阻R67 和電阻R68 的一端以及二極管D8 和二極管D10 的陰極。

        本技術(shù)所述的反激式同步整流開關(guān)電源工作過程如下:輔組繞組L2-L4 和整流二極管D9、濾波電容C30、濾波電容C33 形成一個基本的整流濾波線路給整個驅(qū)動電路供電用,當(dāng)輸出是由變壓器次級繞組L6 向輸出端提供能量的時候,檢測繞組CT1 會檢測到主繞組的輸出電流,其檢測繞組CT1 會經(jīng)由二極管D8、二極管D10、電阻R66、電阻R67、電阻R68 形成一個閉合回路,在電阻R66、電阻R67、電阻R68 上產(chǎn)生一個電壓,這個電壓會通過電阻R63 驅(qū)動NPN 型晶體管Q11,使得場效應(yīng)管Q15 的G 極成為低電位,這個時候輔助繞組產(chǎn)生的電壓會由電阻R77、電阻R78 和穩(wěn)壓管ZD3 分壓,使PNP型晶體管Q14 開通使得輔助繞組產(chǎn)生的電壓能驅(qū)動同步整流MOSFET。當(dāng)變壓器次級繞組L6 向輸出端輸出的電流降低到一個低值的時候,檢測繞組CT1在電阻R66、電阻R67、電阻R68 上產(chǎn)生的電壓將不足以使NPN 型晶體管Q11 開通,NPN 型晶體管Q11 進入截止?fàn)顟B(tài),這個時候輔助繞組產(chǎn)生的電壓會經(jīng)由二極管D14 和電阻R73 到達場效應(yīng)管Q15 的G 極,使場效應(yīng)管Q15 進入導(dǎo)通狀態(tài),同時因為電阻R77、電阻R78 和穩(wěn)壓管ZD3 這個串行電路兩端的電壓差不夠大而使得PNP 型晶體管Q14 進入到截止?fàn)顟B(tài),這個時候同步整流MOSFET 將得不到任何驅(qū)動電壓而安全關(guān)閉;此時變壓器次級繞組L6 輸出的電流很小,將通過MOSFET 內(nèi)部的寄生二極管繼續(xù)向輸出供電。

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