同步整流技术DC-DC模块电源
1、 概述
dc-dc模块电源为了满足小型化的要求，一般会选择简单可靠的功率级电路，其中，谐振复位正激＋同步整流电路（图1）在dc-dc模块电源中应用比较广泛，下面将以此电路为例进行分析。
2、 基本同步整流电路
如图1所示电路，其副边为基本同步整流电路，关键波形见图2。当原边主开关管q1开通时，通过变压器t1向副边传输能量，副边工作在整流状态，此时sr1的vgs电压为变压器副边绕组电压，极性为正，sr2的vgs电压为零，因而sr1导通，sr2关断；当原边主开关管q1关断时，变压器t1原边绕组的励磁电流和负载电流流经c1，c1上的电压开始上升，当c1电压升至vin时，原边绕组中的负载电流下降为0，在励磁电流的作用下原边励磁电感lm与电容c1进行谐振，谐振电压vr为正弦波，谐振周期tr=2π√lmc2，谐振电压vr加到变压器t1的原边绕组上使t1磁复位，同时，副边也进入到续流状态，此时sr1的vgs电压为0，sr2的vgs电压为变压器副边绕组电压，电压波形为正弦波，极性为正，因而sr1关断，sr2导通；这样的工作状态会周期性重复
3、基本同步整流电路的问题
3.1、续流管的驱动
如图2中sr2的vgs波形，由于驱动sr2的是正弦波谐振电压，受主开关的占空比和谐振参数的影响，电压波形变化较大，驱动效果也不理想，模块效率较低。
3.2、输出并联
将两个采用基本同步整流电路的dc-dc模块电源输出并联将会产生很多问题，其中的一个严重问题就是“电流反灌”。下面通过一个简单的例子说明“电流反灌”现象。如图3所示，当模块2正常工作而模块1被关断时，模块2的输出电压vout会通过模块1内部的l、t1的副边绕组分别加到sr1、sr2的g、s之间，sr1、sr2会因此导通并流过较大的电流，同时，模块2的输出电压vout会被拉低。对于模块1来说，此时的电流是反向流入模块的，称之为“电流反灌”现象。在n个模块并联的系统中，设每个模块的最大输出电流为io，当其中一个模块被关断时，流入这个模块的反灌电流将会达到(n-1)×io，这将会带来严重的后果。
4、改进的同步整流电路
4.1、电路描述
改进的同步整流电路如图4，副边同步整流管sr1移到上端，sr1、sr2采用共漏极接法，从变压器抽取n1、n2绕组，n1绕组用于驱动sr1，n2绕组经半波整流用于驱动sr2，原边同步信号sync经隔离，驱动小功率mosfet s1，用于关断sr2。其中的隔离驱动电路可以采用类似图5的典型电路。关键信号的时序关系如图6所示。
4.2、续流管的驱动
改进的同步整流电路通过半波整流的方式驱动sr2，驱动信号通过二极管d1给sr2的g、s间的等效电容ci充电，由于mosfet门极的输入阻抗很大，vgs将保持驱动信号的峰值不变，直到sync信号导通s1，将sr2的g、s间的电荷放掉。因而sr2的vgs波形接近方波，并能维持到续流过程结束（见图6中sr2的vgs波形）。改进后的效率会更高。
4.3、输出并联
改进后的同步整流电路能够支持多个模块输出并联。如图7所示，由于采用单独的绕组n1、n2驱动同步整流管sr1、sr2，同步整流管的门极与输出端vout没有直接联系，当模块1 关机后，sr1、sr2的驱动电压均为0，相当于二极管特性。在其它工作状态，如启动、待机、动态负载等情况下，并联模块也能正常工作。
5、应用结果
改进的同步整流技术应用在48v输入，5v@20a输出的dc-dc模块电源上，效率可达到90%以上。图8显示了正常工作期间同步整流管的驱动波形，其中通道1是续流管的驱动波形，通道2是整流管的驱动波形。可见两管的驱动波形既保证了适当的死区以避免直通，又能使通过二极管导通的时间尽量缩短，因而同步整流的效率很高。图9显示了两个模块并联，当其中一个模块关机时，在输出并联母线上的电压波形，其中通道1是模块1的关机信号，通道2是输出并联母线上的电压波形。可见当其中一个模块关机时，输出并联母线上的电压不受影响。图10显示了单个模块在输出轻载和空载情况下关机的输出端电压波形，可见在关机后模块的输出电压平缓下降，不会出现振荡，其特性与肖特基整流的模块电源基本一致。
6、总结
本文针对基本同步整流技术在应用中存在的一些问题进行了分析，并提出了改进的同步整流技术和具体的电路，该技术已应用在具有工业标准的砖系列dc-dc模块电源中，并在实际应用中表现出优良的性能和兼容性。
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2、 基本同步整流电路
如图1所示电路，其副边为基本同步整流电路，关键波形见图2。当原边主开关管q1开通时，通过变压器t1向副边传输能量，副边工作在整流状态，此时sr1的vgs电压为变压器副边绕组电压，极性为正，sr2的vgs电压为零，因而sr1导通，sr2关断；当原边主开关管q1关断时，变压器t1原边绕组的励磁电流和负载电流流经c1，c1上的电压开始上升，当c1电压升至vin时，原边绕组中的负载电流下降为0，在励磁电流的作用下原边励磁电感lm与电容c1进行谐振，谐振电压vr为正弦波，谐振周期tr=2π√lmc2，谐振电压vr加到变压器t1的原边绕组上使t1磁复位，同时，副边也进入到续流状态，此时sr1的vgs电压为0，sr2的vgs电压为变压器副边绕组电压，电压波形为正弦波，极性为正，因而sr1关断，sr2导通；这样的工作状态会周期性重复
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3.1、续流管的驱动
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4.3、输出并联
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