【学习笔记】简析反激电源同步整流控制原理

反激电源中,原边开关管断开后,副边整流二极管导通,此时二极管消耗的功率可由下式计算得到。
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其中,二极管的导通压降为V f、副边电流为I o、二极管的导通功率为P D。
输出的功率为:
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因此二极管的导通电阻而造成的功率损失率可由下式得到:
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可知整流二极管的导通电阻降低了电源的整体效率,尤其是当输出电压较低时影响更大。通常为了降低整流二极管的损耗,可以采用同步整流技术,使用极低导通电阻的功率器件(如MOSFET)代替二极管。

最为常见的同步整流控制方式为电压检测控制型,其基本原理就是检测同步整流MOSFET的漏源电压V DS决定同步整流MOSFET的开通与关断。其基本的控制原理如下图所示:


下面以MP6908为例进行简单的工作原理分析

其工作时序如下图所示:


在原边MOSFET开通瞬间,副边MOS管的漏源电压等于输入电压加上原边反射电压,原边绕组电流持续增大。当原边绕组电流达到最大值时,原边MOSFET关断,变压器通过副边绕组流经同步整流MOSFET续流, 副边V DS电压等于其体二极管压降-V f
MP6908通过SLEW端口设置开通定时器的时间,如果VDS电压在TSLEW内从2V降到-86mV的开通阈值,则经过一段延迟时间T DON,同步整流MOSFET开通。以防止由于振铃造成MOSFET意外关闭,在MOSFET开启之后有一段约1.1us的消隐时间, V DS的值变为-I DS×R DS(ON)I DS为副边电流,R DS(ON)为同步整流管的导通电阻),由于副边电感一直释放能量,副边电流不断减小,VDS的值不断增大。

V DS电压上升到-40mV时,栅极电压会逐渐降低,MOSFET的导通电阻减小,V DS电压会维持在-40mV附近。
V DS大于关断阈值时,经过一段延迟时间T DOFF,同步整流MOSFET关断。此时,会有一段关断消隐时间,在此期间栅极驱动信号被锁存关闭。当V DS 上升到 2V 以上时,关断消隐被解除。完成一个开通和关断的周期,这种方式的控制非常精准快速,大多数同步整流芯片均采用这种控制类型。

还有一种伏秒平衡控制型方法,这种控制方法只适合应用于工作在DCM下的反激电源中,通过检测伏秒积来控制同步整流MOSFET的导通关断。


在原边MOSFET开通期间,原边电流线性上升,这一阶段为正的伏秒积;在原边MOSFET关断期间,副边电流线性下降,这一阶段为负的伏秒积。通过检测正伏秒积、负伏秒积和电流过零点来控制同步整流 MOSFET 的状态。这种方式不用去精准检测电压、电流值,但是抗干扰的能力较弱,不适用于工作在CCM下的反激电源中。

楼主总结的不错,我来补充一下大家比较关心的同步和异步整流各自的优缺点:

同步整流与异步整流的核心差异在于整流元件:同步整流用MOSFET,异步整流用二极管。

同步整流的优缺点如下:

  • 优点
  1. 效率更高:MOSFET导通电阻极低(通常为mΩ级),导通损耗远小于二极管的正向压降损耗,尤其在大电流、低压输出场景效率提升显著。

  2. 发热更少:低导通损耗直接减少元件发热量,节省了散热片或风扇的设计,降低了成本。

  3. 输出电压更稳定:MOSFET的导通压降几乎可忽略,避免了二极管正向压降导致的输出电压跌落,尤其在低压输出时,电压精度更高。

  • 缺点
  1. 成本更高:需额外增加MOSFET驱动芯片(如同步整流控制器),且MOSFET本身成本略高于普通整流二极管,整体硬件成本上升。

  2. 电路更复杂:需设计驱动信号时序(确保MOSFET在正确时刻导通/关断,避免与开关管直通短路),增加了电路设计难度和调试工作量。

  3. 可靠性要求更高:若驱动时序异常或MOSFET故障,可能导致电源短路、烧毁等风险,对电路保护设计要求更严格。

针对以上的优缺点,大家可以根据自己的需求选择是否需要使用同步整流。

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再补充一点,除了同步和异步整流的对比外,其实在反激应用里,同步整流的控制方式本身也会对性能影响很大。比如前面提到的伏秒平衡型方法更适合DCM,但在CCM下就容易误判,可能导致MOSFET导通时机不准确。现在常见的实现方式还有基于电压检测和电流检测的方案:电压检测实现简单,但抗干扰能力一般;电流检测精度更高,但电路更复杂、损耗也更大。实际选型时往往需要在效率、成本、可靠性之间做平衡,这也是为什么很多中低功率场景还是会选择异步整流,避免过度设计。

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:+1: :+1: :+1:感谢补充