簡(jiǎn)介

反激式拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)憑借其寬工作范圍內(nèi)所具有的簡(jiǎn)單性與穩(wěn)健性，近幾十年來(lái)一直在低功率 AC/DC 應(yīng)用中占據(jù)主導(dǎo)地位。而同步整流器 (SR) 也在最近幾年中取代了反激電源中傳統(tǒng)的肖特基二極管，實(shí)現(xiàn)了效率的明顯提升。

但是，反激式變換器仍需不斷改進(jìn)傳統(tǒng)的反激拓?fù)?，才能?yīng)對(duì)效率與功率密度需求的不斷提高。截至目前，反激拓?fù)湟殉霈F(xiàn)多個(gè)變體版本，并成功應(yīng)用于 AC/DC 應(yīng)用，例如零電壓開(kāi)關(guān) (ZVS) 反激拓?fù)?、有源鉗位反激拓?fù)?(ACF)，以及即實(shí)現(xiàn)了零電壓開(kāi)關(guān)又降低了開(kāi)關(guān)損耗的混合式反激拓?fù)?。這些新型反激拓?fù)涓纳屏诵什⑻岣吡碎_(kāi)關(guān)頻率，極大地推進(jìn)了高功率密度的變換器設(shè)計(jì)

然而，這些新興反激拓?fù)渚哂胁煌墓ぷ髟?，這給同步整流器控制帶來(lái)了新的挑戰(zhàn)。由于需要額外的開(kāi)關(guān)脈沖來(lái)實(shí)現(xiàn)零電壓開(kāi)關(guān)，同步整流器在一個(gè)開(kāi)關(guān)周期內(nèi)通常會(huì)導(dǎo)通兩次，而第二次導(dǎo)通周期可能會(huì)導(dǎo)致許多現(xiàn)有 SR 控制器發(fā)生嚴(yán)重?fù)舸?。本文提出了一種解決方案，可以避免在設(shè)計(jì)帶同步整流功能的新型反激拓?fù)淦骷倪^(guò)程中發(fā)生嚴(yán)重?fù)舸┑娘L(fēng)險(xiǎn)。

ZVS 反激拓?fù)渥凅w類型

通常，反激式變換器中的零電壓開(kāi)關(guān)是通過(guò)偏置磁化電感為負(fù)極性來(lái)實(shí)現(xiàn)的，允許電感電流在原邊開(kāi)關(guān)導(dǎo)通之前將電壓拉低至零。

圖 1 顯示了采用輔助繞組的 ZVS 反激拓?fù)?，這是目前市場(chǎng)上常用的標(biāo)準(zhǔn) ZVS 反激拓?fù)洹?/p>

圖 2 顯示了 這種 ZVS 反激式控制器的典型工作波形。

除了原邊 MOSFET (QP) 和 SR MOSFET (QS) 以外，這種拓?fù)溥€需要一個(gè)輔助 MOSFET (QA) 來(lái)支持 ZVS 的實(shí)現(xiàn)。在每個(gè)開(kāi)關(guān)周期的 QP?導(dǎo)通之前，QA?先導(dǎo)通一小段時(shí)間，通過(guò)變壓器的輔助繞組將磁化電感偏置為負(fù)極性。該過(guò)程可以在 QP?導(dǎo)通之前將 QP?漏源電壓 (VDS_QP) 下拉至 0V，從而實(shí)現(xiàn)零電壓開(kāi)關(guān)。

QA?通常與 QP?一起放置在原邊接地端，因此二者均由原邊反激控制器控制以實(shí)現(xiàn)精確同步。SR 控制器則放置在副邊接地端，僅根據(jù) QS?漏源電壓 (VDS_QS) 的極性確定導(dǎo)通時(shí)間。當(dāng) QP?關(guān)斷時(shí)，磁化電流被迫流向副邊，而 QP?應(yīng)在 VDS_QS?變?yōu)樨?fù)值時(shí)立即導(dǎo)通，以便有效為輸出供電。當(dāng) QA?導(dǎo)通時(shí)，VDS_QS?也變?yōu)樨?fù)值，因?yàn)樽儔浩鞯妮o助繞組和副邊繞組具有相同的極性。

因此，在與原邊控制器之間沒(méi)有通信路徑的情況下，SR 控制器很難區(qū)分 QP?的關(guān)斷與 QA?的導(dǎo)通。 對(duì)于大多數(shù)現(xiàn)有 SR 控制器來(lái)說(shuō)，這很可能導(dǎo)致二次導(dǎo)通事件。因?yàn)?QA?的導(dǎo)通時(shí)間往往非常短，而 QP?會(huì)在 QA?之后立即導(dǎo)通；SR 控制器會(huì)在這種極短的導(dǎo)通時(shí)間模式下持續(xù)運(yùn)行且無(wú)法立即關(guān)斷。 在這種情況下，原邊和副邊之間可能會(huì)發(fā)生擊穿，從而導(dǎo)致電源變換器可靠性不高。

圖 3 顯示了非互補(bǔ)工作模式下的 ACF 拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。與互補(bǔ)模式不同，它采用斷續(xù)導(dǎo)通模式 (DCM) 來(lái)提高輕載效率。

圖 4 顯示了 ACF 拓?fù)涞牡湫凸ぷ鞑ㄐ巍＿@種拓?fù)渫ㄟ^(guò)在導(dǎo)通 QP?之前二次導(dǎo)通鉗位 MOSFET (QC) 來(lái)實(shí)現(xiàn)零電壓開(kāi)關(guān)。這會(huì)導(dǎo)致第二次 SR 柵極導(dǎo)通，并帶來(lái)?yè)舸┑臐撛陲L(fēng)險(xiǎn)。

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