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提高AC/DC轉換器效率的二次側同步整流電路設計-總結

廖阿朋 ? 來源:a732538 ? 作者:a732538 ? 2023-02-17 09:25 ? 次閱讀

“提高AC/DC轉換器效率的二次側同步整流電路設計”相關的文章共14篇,本文是最后一篇。

本文的背景是近年來對AC/DC電源的效率要求越來越高,其中一種提高AC/DC轉換器效率的方法是將現有的主流方式–二極管整流方式改為效率有望進一步提高的同步整流方式。然而,要想將AC/DC轉換器改為同步整流方式,這當中存在一些課題。中等功率以下的AC/DC轉換器多采用PWM反激方式,并根據條件以連續模式工作。如果將這種方式簡單地改為同步整流方式的話,在連續模式工作時可能無法正??刂疲淮蝹乳_關元件和二次側整流元件同時導通,可能會因直通電流(Flow-through Current)導致元件損壞。因此,就需要一些方法,比如添加防止同時導通的電路、采用不會以連續模式工作的準諧振方式、或使用時僅通過不連續模式工作等。

針對這些課題,ROHM推出了為將二極管整流式AC/DC轉換器改為同步整流方式而開發的二次側同步整流控制器IC “BM1R001xxF系列”,在本系列文章中,介紹了使用該系列IC將二極管整流的AC/DC轉換器改為同步整流方式的設計案例。

下面匯總了相關各篇文章的關鍵要點。同時附有各篇文章的鏈接,便于您一并使用。

<提高AC/DC轉換器效率的二次側同步整流電路設計>

  1. 前言

    關鍵要點

    ?由于各國的嚴格規定,改善AC/DC轉換器的效率已經是勢在必行的事情。

    ?反激式AC/DC轉換器采用二次側同步整流方式存在著要避免直通/擊穿狀態等課題。

    ?已經開發出用來實現二次側同步整流的控制器IC。

  2. 設計步驟

    關鍵要點

    ?設計步驟大致如下:
    ?1. 同步整流電路部的設計:同步整流用MOSFET的選型、控制IC的選型、外圍部件的選型
    ?2. 分流穩壓器電路部的設計
    ?3. 故障排除(Trouble Shooting)
    ?4. 特性評估

  3. 用于設計的IC

    關鍵要點

    ?BM1R001xxF系列由強制OFF時間不同的5款機型組成。

    ?封裝采用小巧而簡單的SOP8封裝。

    ?分流穩壓器具有消耗電流低和精度高的特點,可通過降低控制電路電流來減少待機功率。

    ?同步整流控制器支持所有模式:不連續~臨界~連續模式,因此也適用于PWM方式的轉換器。

  4. 電源規格和替代電路

    關鍵要點

    ?在該設計案例中,將二極管整流的AC/DC轉換器改為同步整流方式。

    ?改為同步整流方式的方法有低邊型和高邊型兩種。

    ?改為同步整流方式雖然會使外置部件略有增加,但對于解決AC/DC轉換器的課題–提高效率(尤其是待機時的效率)來說,是很有效的方法。

  5. 同步整流電路部:同步整流用MOSFET的選型

    關鍵要點

    ?在該設計案例中,將二極管整流的AC/DC轉換器改為同步整流方式。

    ?改為同步整流設計首先需要對取代輸出整流二極管的MOSFET進行選型。

    ?要想確定替代部件的規格,需要先確認現有電路中的電流、電壓、波形等。

  6. 同步整流電路部分:電源IC的選擇

    關鍵要點

    ?確認現有電路的工作和各種條件,確定設計所用的電源IC。

    ?設置最大導通時間,防止一次側和二次側的MOSFET同時導通帶來的破壞。

    ?計算強制關斷時間,并選定相應的BM1R001xxF系列。

    ?BM1R001xxF系列擁有強制關斷時間不同的5款機型。

  7. 同步整流電路部分:外圍電路部件的選型-DRAIN引腳的D1、R1、R2

    關鍵要點

    ?BM1R00147F通過DRAIN引腳的電壓來控制二次側MOSFET M2的柵極。

    ?DRAIN引腳的檢測電平非常低,僅為幾mV,會誤檢測到MOSFET M2開關時的微量浪涌電壓。

    ?作為對策,需要在DRAIN引腳添加用來吸收浪涌的電阻和二極管。

  8. 同步整流電路部分:外圍電路部件的選型-MAX_TON引腳的C1、R3以及VCC引腳

    關鍵要點

    ?BM1R00147F的MAX_TON引腳需要串聯連接電容器和電阻,以降低噪聲。

    ?這里的電容器和電阻還兼具MAX_TON引腳的相位補償功能,因此是必須要連接的。

    ?Low Side Type時,可由二次側VOUT輕松向BM1R00147F的VCC引腳供電。

    ?High Side Type時,需要另行準備電源,如增加輔助電源電路、在變壓器二次側安設輔助繞組等。

  9. 分流穩壓器電路部分:外圍電路部件的選型

    關鍵要點

    ?通過BM1R00147F的分流穩壓器電路部分的外圍部件設置來設置輸出電壓。

  10. 故障排除(Trouble Shooting)①:當二次側MOSFET立即關斷時

    關鍵要點

    ?這是對現有隔離型反激式轉換器二次側的替換,因此充分確認實際的運行情況是非常重要的。

    ?噪聲引發二次側MOSFET誤動作時,可在DRAIN引腳的電路中添加鐵氧體磁珠,或加大濾波用電阻的阻值。

  11. 故障排除(Trouble Shooting) ②:當二次側MOSFET在輕負載時因諧振動作而導通時

    關鍵要點

    ?這是對現有隔離型反激式轉換器二次側的替換,因此充分確認實際的運行情況是非常重要的。

    ?輕負載時二次側MOSFET可能會受諧振動作影響而導通,大致有4種對策。
    ?1) 減小DRAIN引腳連接電阻R1
    ?2) 改用強制關斷時間長的型號(IC)
    ?3) 在二次側MOSFET的漏極-源極間添加緩沖電路
    ?4) 減小變壓器的匝比Ns / Np

    ?各對策都存在需要權衡的注意事項。

  12. 故障排除(Trouble Shooting) ③:當VDS2受浪涌影響而超過二次側MOSFET的VDS耐壓時

    關鍵要點

    ?這是對現有隔離型反激式轉換器二次側的替換,因此充分確認實際的運行情況是非常重要的。

    ?VDS2受浪涌影響有時可能會超過二次側MOSFET的VDS耐壓,大致有3種對策。
    ?1) 在二次側MOSFET的漏極-源極間插入電容
    ?2) 加大一次側MOSFET的柵極阻值
    ?3) 減小變壓器的匝比Ns/Np,降低VDS2

    ?各對策都存在需要權衡的注意事項。

  13. 二極管整流和同步整流的效率比較

    關鍵要點

    ?以往的二次側二極管整流方式和替換后的同步整流方式的效率相比,很明顯,同步整流方式的效率更高。

    ?同步整流方式中,高邊方式和低邊方式的效率基本沒有差別。

    ?效率差的主要因素是二極管整流的二極管損耗(VF)和同步整流的MOSFET損耗(VDS)之間的差。

  14. 實裝PCB板布局相關的注意事項

    關鍵要點

    ?在改為二次側同步整流電路的過程中,大多數PCB板布局相關的注意事項,都是以開關電源電路的布局為基礎的。

審核編輯:湯梓紅


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