MOS管在DC-DC直流轉換器中的應用方案
MOS管在同步整流中到底有什么作用呢?同步整流,是一種常見的電源管理技術,通常會應用在DC-DC直流轉換器中。它可以通過兩個MOS管來控制電流的方向,將電能傳輸給負載。
比如這個同步整流的拓撲電路是利用了兩個MOS管,當上面的MOS管截止時,下面的MOS管就會導通,電流從電感流向下面的MOS管。
在輸出電流比較大的情況下,同步整流的效率是比較高的,一般在負載為1A時,效率可以達到95%。這跟MOS管的導通電阻有關,在導通時,下側的MOS管導通內(nèi)阻較低,損耗自然也低。在許多降壓DCDC電路中,經(jīng)常會用到同步整流。
也就是說,MOS管的選型是很重要的,我們需要考慮到這幾個重要的參數(shù):
-電壓額定值:合適的電壓額定值,可以避免擊穿和損壞
-電流承受能力:足夠大的電流承受能力,有效應對負載的變化和電流峰值;
-開啟/關閉速度:快速的開關速度可以減小功耗和提高效率
-導通電阻:低導通電阻的MOS管同樣可以減小功耗和提高效率
在這里可以推薦VBsemi的MOS管,能夠高效滿足MOS管在同步整流電路設計的要求,多種參數(shù)與封裝,可以有效地提高系統(tǒng)的效率和可靠性。
同步整流技術就是采用低導通電阻的功率MOS管代替開關變換器快恢復二極管,起整流管的作用,從而達到降低整流損耗,提高效率的目的。
同步整流的基本電路結構
同步整流是采用通態(tài)電阻極低的專用功率MOSFET,來取代整流二極管以降低整流損耗的一項新技術。它能大大提高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,它在導通時的伏安特性呈線性關系。用功率MOSFET做整流器時,要求柵極電壓必須與被整流電壓的相位保持同步才能完成整流功能,故稱之為同步整流。
工作方式的比較
傳統(tǒng)的同步整流方案基本上都是PWM型同步整流,主開關與同步整流開關的驅動信號之間必須設置一定的死區(qū)時間,以避免交叉導通,因此,同步整流MOS管就存在體二極管導通和反向恢復等問題,從而降低同步整流電路的性能。
反激同步整流驅動電路選擇
同步整流管的驅動方式有三種:第一種是外加驅動控制電路,優(yōu)點是其驅動波形的質(zhì)量高,調(diào)試方便。缺點是:電路復雜,成本高,在追求小型化和低成本的今天只有研究價值,基本沒有應用價值。
上圖是簡單的外驅電路,R1D1用于調(diào)整死區(qū)。該電路的驅動能力較小,在同步整流管的Ciss較小時,可以使用。圖6是在圖5的基礎上增加副邊推挽驅動電路的結構,可以驅動Ciss較大的MOSFET。在輸出電壓低于5V時,需要增加驅動電路供電電源。
第二種是自驅動同步整流。優(yōu)點是直接由變壓器副邊繞組驅動或在主變壓器上加獨立驅動繞組,電路簡單、成本低和自適應驅動是主要優(yōu)勢,在商業(yè)化產(chǎn)品中廣泛使用。
缺點是電路調(diào)試的柔性較少,在寬輸入低壓范圍時,有些波形需要附加限幅整形電路才能滿足驅動要求。由于Vgs的正向驅動都正比于輸出電壓,調(diào)節(jié)驅動繞組的匝數(shù)可以確定比例系數(shù),且輸出電壓都是很穩(wěn)定的,所以驅動電壓也很穩(wěn)定。比較麻煩的是負向電壓可能會超標,需要在設計變壓器變比時考慮驅動負壓幅度。
第三種是半自驅。其驅動波形的上升或下降沿,一個是由主變壓器提供的信號,另一個是獨立的外驅動電路提供的信號。上圖是針對自驅的負壓問題,用單獨的放電回路,提供同步整流管的關斷信號,避開了自驅動負壓放電的電壓超標問題。