低压大电流高频整流电路

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1、低压大电流高频整流电路摘要：随着信息技术的迅速发展，中小功率变换器在计算机、通信和其它工业领 域中得到了广泛的应用.为满足应用场合对数据处理更快速、更有效的要求，对 变换器的要求也不断提高，使得变换器向着更低的输出电压、更高的输出电流、 更高的效率，更快的动态响应以及更高的可靠性等方向发展。本文首先介绍了一 些器件，然后分析倍流整流电路的工作原理。分析结果表明，由于倍流整流结构 的整流管损耗小、动态响应快以及输出电流的纹波小等优点，使其成为低压大电 流的常见的整流结构。采用Matlab软件对同步整流电路进行了仿真实验，并对 仿真结果进行了分析。关键词：倍流整流；MatlabAbstract:

2、with the rapid development of information technology, small and medium-sized power converter in the field of computer, communications and other industries has been widely used. To meet application requirements for data processing faster and more efficiently, and also to the requirement of converter

3、enhances unceasingly, makes the converter to lower output voltage, higher output current, higher efficiency, faster dynamic response and higher reliability. This article first introduces some device, and then introduces the working principle of The Times the current rectifier circuit. Analysis resul

4、ts show that as the rectifier losses times flow rectifying structure is small, fast dynamic response, and the advantages of small output current ripple, make it becomes a common low-voltage high-current rectifier structure. Using matlab software to synchronous rectifier circuit, the simulation exper

5、iment and the simulation results are analyzed.Key words： times flow rectifying; The matlab引言电力电子技术是一门涉及电机控制、电力半导体器件、功率交换、模拟和数 字电路、控制理论、计算机应用、数字仿真的新兴交叉边沿学科。电力电子技术 主要研究电能变换、处理、传递，研究采用功率半导体器件完成运动控制和功率 变换提供各种交频器和功率控制电源。与全波整流相比，倍流整流器的高频变压器的副边绕组仅需一个单一绕组， 不用中心抽头。与桥式整流相比，倍流整流器使用的二极管数量少一半。所以说， 倍流整流器是结合全波整流和桥

6、式整流两者优点的新型整流器。当然，倍流整流 器要多使用一个输出小滤波电感。但此电感的工作频率及输送电流均比全波整流 器的要小一半，因此可做得较小，另外双电感也更适合分布式功率耗散的要求. 倍流整流电路更适用于低压大电流的副边整流。同步整流技术就是实现同步整流 管的栅源极之间的驱动信号与同步整流管的漏源极之间开关同步的手段或者方 法。理想的同步整流技术是使得同步整流管起到和整流二极管同样的作用，即正 向导通，反向截止.低电压大电流输出时，整流二极管的使用会引起很大的能量 损耗，大大降低电源效率。而用于同步整流的低电压功率MOSFET，由于其导通 电阻非常小，即使输出电流很大，同步整流管上的正向导

7、通压降很低，因此用低 电压功率MOSFET代替整流二极管势在必行。可以说，低电压大电流输出时，同 步整流技术是提高变换器效率的一种有效的手段。电力器件简介同步整流MOSFET管简介：MOSFET是利用一种极性载流子（多数载流子）参与导电的电力场控效应管， 是单极型品体管。MOSFET通过改变栅极电压大小来控制内部导电沟道的厚度， 从而实现控制漏极电流Id，当电压V。小于开启电压V。，无论Vds的极性如何， Id几乎为零。为了减少MOSFET器件的通态电阻，在保证耐压的情况下，应尽量 增加导电沟道的厚度，即适当降低vgs以降低驱动损耗和导通损耗。由于栅极电 压V。的作用仅仅是形成漏极和源极之间的

8、N型导电沟道，而N型导电沟道又相 当于一个无极性的等效电阻，所以MOSFET具有双向导电的特性，满足了同步整 流电路对整流器特性的要求。值得注意的是同步整流时MOS管是反接的，即电流 必须从源极（S）流向漏极），这与作为开关使用时是完全不同的。另外MOSFET 还有其他的特点：(1) 导通电阻小，负载电流大，输入阻抗高，驱动功率小，驱动电路简单。(2) 导通电阻具有正的温度系数，电流加大时，温度上升，电阻加大，对电流起 自动限流的作用，不会产生二次击穿的现象。(3) 漏极电流具有负的温度系数，因此多个MOSFET可以并联使用，有自动均流的 作用。(4) 开关速度快，工作频率高。根据以上特点，可

9、知MOSFET很适合用作低压大电流开关电源的整流组 件。选择MOSFET也有注意的地方：它和双极性晶体管不同，栅极电容比较 大，在导通之前要先对该电容充电，当电容电压超过阈值才开始导通。因 此，栅极驱动器的负载能力必须足够大，以保证在系统要求的时间内完成 对等效栅极电容的充电。此外，栅极电荷Q。、导通电阻Rds、输入电容和输出 电容等都是要考虑的参数。按驱动信号类型的不同同步整流器可分为电压驱动型和电流驱动型两个大 类。电压驱动同步整流器的分类：电压驱动整流器按驱动方式又可分为自驱动、外驱动和混和驱动三种。以下简 单分析这几种驱动方法。电压自驱动方法 自驱动电压型同步整流技术是由变换器中变压器

10、直接取电 压信号驱动相应MOSFET管。一般变换器中变压器次级各点的电压信号可以用于 驱动同步整流管的由变压器次级绕组的输出端电压和输出滤波电感的互感电压。 变压器次级绕组输出端电压驱动，驱动信号直接从变压器副边绕组输出端直接取 得驱动信号。工作过程如下：当变压器副边电压为正时，同步整流管Ql的栅极承受正电压而导通；Q2的 栅极电压承受负电压而关断。电路通过同步整流管Ql整流。当变压器副边电压 为负时，同步整流管Q2的栅极承受正电压而导通；Ql的栅极电压承受负电压而 关断。电路通过同步整流管Q2整流.变压器副边电压为零的时间段称为死区时 间。在死区时间内，Ql和Q2的栅极电压都为零而不能导通。

11、这时的负载电流经 同步整流管Ql和Q2的体二极管续流。这是一种传统的同步整流技术，其优点是 不需要附加的驱动电路，结构简单。其缺点是只能针对小功率的电路，如果副边 电压超过驱动电压(一般20v)就可能损坏管子；另外两个MOSFET的驱动电压时 序不够精确，MOSFET不能在整个周期内代替二极管整流，使得负载电流流经二 极管的时间较长。而体二极管的正向导通压降高，反向恢复特性差，导通损耗非 常大，限制了效率的提高。对于任何的同步整流管，理想驱动波形都是希望能使 得它起到与理想的二极管相同的整流和续流的作用，即正向电压开通，反向电压 关断。但是在任何一种拓扑结构中，变压器的电压都存在死区。这就使得

12、自驱动 同步整流技术不能在续流阶段保持整流管的导通。变压器次级绕组输出端电 压自驱动的最大缺点在于续流管关断过迟，其根源在于其关断受占空比、变压器 和其他一些寄生电感的影响。要解决这个问题就必须采用适当的电路使得同步整 流管的栅极电荷保持而使得同步整流管在死区时间内继续导通。对于正激式变换 器等非对称拓扑，其相应的解决办法式在变压器复位中采用有源钳位的方法，从 而使得变压器电压在死区时间内一直为负，从而续流管得以开通。另外还有栅极 电荷转换(Gate charge commutation)电压驱动方法可以解决推挽式和桥式等对 称电路的续流问题。电压外驱动外驱动同步整流技术中MOSFET的驱动信

13、号需要从附件的控制驱 动电路中获得。为了实现驱动同步，附加的驱动电路一般由同步整流管的漏源极 电压信号V。来对其时序进行控制。外驱动电路可以通过控制提供精确的时序， 是同步整流管的驱动信号与理想驱动波形一致。但它要求附加复杂的驱动电路。 目前外驱动的方法通常由专门的芯片来实现，价格昂贵，并且外围电路复杂，所 以应用不够广泛。电压驱动同步整流器的优点和缺点优点：第一，驱动能量损耗小，由于MOSFET的驱动就是对栅极和源极之间的寄生电 容充电和放电，电压型驱动的驱动损耗就是主要在于对这个电容的充放电过程的 损耗；第二，设计简单灵活。可以根据不同的拓扑结构设计合适的驱动方法.。 但是以上所说的各种电

14、压型驱动方法均存在下列局限：一是同步整流管的栅极驱动电压随输入电压的变化而变化。无论栅极驱动信 号在变压器次级的任何地方取，其电压都会随着输入电压的变化而变化；二是不 同的开关电源拓扑结构的电压驱动同步整流器。三是采用电压驱动同步整流器 的变换器不适应并联运行。四是它在电感电流不连续的模式下，或者是轻载条件 下，它不能使得变换器提高效率。电流驱动型：电流驱动同步整流是通过检测流过自身的电流来获得MOSFET驱动信号。因 为MOSFET管在流过正向电流时导通，在流过自身的电流为零时关断，使反向电 流不能流过MOSFET管。整流管就和二极管一样实现了正向电压导通，反向电压 关断。它可以在不同的交换

15、器拓扑需要不同的驱动电路或者结构。它解决了在输 出电感电流不连续的轻载条件下效率低的问题。同时它也使用于并联运行的条件 下应用。但是电流驱动同步整流技术中由检测电流而造成的功率损耗很大，影响 了它的应用。二极管简介二极管（英语：Diode），电子元件当中，一种具有两个电极的装置，只允 许电流由单一方向流过。许多的使用是应用其整流的功能。而变容二极管则用来 当作电子式的可调电容器。大部分二极管所具备的电流方向性，通常称之为“整 流（Rectifying）”功能。二极管最普遍的功能就是只允许电流由单一方向通过 （称为顺向偏压），反向时阻断（称为逆向偏压）。因此，二极管可以想成电 子版的逆止阀。然而

16、实际上二极管并不会表现出如此完美的开与关的方向性，而 是较为复杂的非线性电子特征这是由特定类型的二极管技术决定的。二极管 使用上除了用做开关的方式之外还有很多其他的功能。早期的二极管包含“猫须 品体”以及真空管（英国称为“热游离阀“。现今最普遍的二极管大多是使用半 导体材料如硅或锗。1、正向性外加正向电压时，在正向特性的起始部分，正向电压很小，不足以克服PN结内 电场的阻挡作用，正向电流几乎为零，这一段称为死区。这个不能使二极管导通 的正向电压称为死区电压。当正向电压大于死区电压以后，PN结内电场被克服， 二极管正向导通，电流随电压增大而迅速上升。在正常使用的电流范围内，导通 时二极管的端电压几乎维持不变，这个电压称为二极管的正向电压。2、反向性外加反向电压不超过一定范围时，通过二极管的电流是少数载流子漂移运动所形 成反向电流。由于反向电流很小，二极管处于截止状态。这个反向电流又称为反 向饱和电流或漏电流，二极管的反向饱和电流受温度影响很大。