同步整流和软开关技术在小功率直流开关电源中的应用研究.pdf

摘要摘 要近年来 ，随着电子、通讯和网络技术的迅猛发展，低压大 电流输 出 的功率变换器 日益成为一个重要的研究方 向变换器 中采用传统的普通二极管或 肖特基二级管整流方式，由于整流二极管的正向导通压降大 ，整流 损 耗 成 为变 换 器 的主 要 损 耗 ， 已无 法 满足 低 电压 大 电流 开 关 电源 高 效率、小体积的需要而功率 MO S F E T导通电阻低、开关时间短、输入阻抗高，成为低 电压大电流功率变换器首选的整流器件 根据 MO S F E T 的控制特点， 应运而生了同步整流器 ( S y n c h r o n o u s r e c t i f ic a t i o n , S R ) 这 一新型的整流技术同步整流技术 可以大幅度降低整流损耗 ，提高整流效 率 ， 因 此变 换 器 的转 换 效 率 也 得 到极 大 提 高 同 步 整流 技 术在 各 种 基本 变 换器 中，比如 Bu c k变 换 器 、正激 变 换器 、反激 变 换 器 、半 桥变 换 器和 全桥 变 换器 ， 均得 到 了极 为 广泛 的应 用 谐振软开关技术的实质就是在主电路上增加储能元件 L, C， 利用谐振 原理使功率器件两端的电压波形错开， 以实现功率器件零电 流开关( Z C S) 或零 电压开关( Z V S ) ， 使开关损耗降到理论上为零。

谐振 开关技术理论 上可 以使器 件 的开 关 损耗 降 低 到零使 频 率 的提高 不 再受 限 制 作者查阅了 目前国内外关于直流功率变换技术 的大量研究成果与进 展 ，力求在提高变换器效率方面进行深入的理论和试验研究 ，探讨 出符 合高效节能，体积小，高功率密度的新型直流功率变换器针对如 何减少直流变 换器开关管开通 与关断损耗和 同步整流管的死 区 时 间 导通 的 问题 ，本 文 提 出 了一 种 全 新 的 电压 驰 动 同步 整 流 器 ，实 现了同 步 整流 和 软 开 关技 术 的 结 合 ，有 效 地 减小 了变 换器 能量 损 耗 ，提 高 了变换效率 仿真分析和实验结果验证了该驱动方式很好地解决了传统电压驱 动 同 步整 流器 的死 区 时间 内 ， 续流 MOS F E T体二 极 管 的导 通 问题 从而极大地提高了变换器的转换效率反激 变换 器 具有 电路 拓 扑简单 、 输 人 输 出电 气隔 离 、 电压 升/ 降 范 围宽 、易于多路输出等优 点而同步整流可有效减少整流损耗 ，与适当的电路 拓扑结合 ，可得到低成本的高效率变换器 在分析同步整流技术 的基础上，根据 同步整流的特点，选择 出适合于 自驱动同步整流的反激 电路拓扑 ，进 行 了详 细 的电 路分 析和 试 验 。

关键 词 : 同步整 流 : 软开 关 ; 正激 变 换器 :反激 同 步整 流华南理工大学硕士学位论文A B S T R A C TI n r e c e n t y e a r s , wi t h t h e q u i c k d e v e l o p me n t o f e l e c t r o n i c ,c o mmu n i c a t i o n a n d n e t wo r k t e c h n i q u e s , t h i s k i n d o f c o n v e r t e r wh i c h o u t p u ti s l o w v o l t a g e a n d h i g h c u r r e n t i s b e c o mi n g a i m p o r t a n t r e s e a r c h d i r e c t i o n .F o r l o w 一 v o l t a g e a n d h i g h 一 c u r r e n t o u t p u t c o n v e r t e r , r e c t i f y i n g s t a g e w i t hc o n v e n t i o n a l d i o d e o r s c k o t t k y d i o d e c a n ' t me e t t h e n e e d s o f h i g h e rc o n v e r s i o n e f f i c i e n c y a n d l o we r s i z e b e c a u s e f o r wa r d d r o p o f r e c t i f i e r i sg r e a t ， s o r e c t i f y i n g i s g r e a t i n p o w e r c o n v e r t e r . P o w e r M O S F E T h a s t h ea d v a n t a 总 e d u e t o i t s l o w c o n d u c t i o n r e s i s t a n c e . V e r y f a s t s w i t c h i n g t i me a n dn e a r l y i n f i n i t e s t a t i c i n p u t i mp e d a n c e f e a t u r i n g . A c c o r d i n g t o p o we rMOS F E T ' s d r i v i n g me t h o d s , a n o v e l r e c t i f i c a t i o n wi t h p o w e r MOS F E T ' sp r o p o s e d a n d c a l l e d a s s y n c h r o n o u s r e c t i f i c a t i o n ( S R) . S y n c h r o n o u sr e c t i f i c a t i o n c a n g r e a t l y d e c r e a s e r e c t i f y i n g d i s s i p a t i o n , i n c r e a s e r e c t i f y i n gs t a g e e f f i c i e n c y , a n d i mp r o v e c o n v e r s i o n e f f i c i e n c y . S y n c h r o n o u sr e c t i f i c a t i o n h a s b e e n wi d e l y u s e d i n B u c k c o n v e r t e r , F o r wa r d c o n v e r t e r ,F l y b a c k c o n v e r t e r ,S o f t - s wi t c h i n gHa l f - b r i d g e c o n v e r t e r a n d F u l l 一 b r i d g e c o n v e r t e r e t c .t e c h n i q u e s i s r e a l i z e d b y a d d i n g i n d u c t a n c e a n dc a p a c i t a n c e c o m p o n e n t i n t o t h e ma i n c i r c u i t , a n d b y r e s o n a n c e p r i n c i p l e t h ec i r c u i t g e t s z e r o v o l t a g e s wi t c h i n g o r z e r o c u r r e n t s w i t c h i n g , a n d s w i t c hp o w e r l o s s r e a c h t o z e r o i n t h e o r y . R e s o n a n c e s wi t c h t e c h n i q u e c a n ma k es wi t c h i n g 一 l o s s z e r o i q t h e o r y , t h u s s wi t c h f r e q u e n c y c a n i n c r e a s e g r e a t l ywi t h o u t a n y l i mi t a t i o n .Au t h o r r e a d p l e n t y o f p a p e r s a b o u t p r o g r e s s o f DC / DC c o n v e r t e r sr e s e a r c h i n r e c e n t y e a r s . H o p e t h a t g e t s o me r e s e a r c h r e s u l t s i n t h e o r y a n de x p e r i m e n t s ，a n d d e v e l o p o u t h i g h - e f f i c i e n c y a n d h i g h 一 p o w e r d e n s i t yc onve r t e r s .A n o v e l v o l t a g e d r i v e n s y n c h r o n o u s r e c t i f i c a t i o n i s p r o p o s e d i n t h i sp a p e r . I t s o l v e a p r o b l e m a b o u t h o w t o d e c r e a s e t h e s wi t c h i n g - l o s s a n d k e e pt h e MOS F E T o p e r a t i n g o n t h e d e a d t i me . S y n c h r o n o u s r e c t i f y i n g a n ds o f t 一 s w i t c h i n g t e c h n i q u e s i s i n t e g r a t e d s k i l l f u l l y , a n d d e c r e a s es w i t c h i n g 一 l o s s e f f e c t i v e l y a n d i n c r e a s e t h e c o n v e r t e r ' s c o n v e r s i o ne f f i c i e n c y g r e a t l y . T h i s c i r c u i t i s mo d e l e d o n s o f t w a r e a n d p r o v e r i g h t , a tT IAb s t r a c tl a s t c i r c u i t e x p e r i me n t i s c o mp l e t e d a n d e x p e r i me n t a l r e s u l t s p r o v e a l s oc o n v e r s i o n e f f i c i e n c y i s i mp r o 。