在整流技术中DC-DC模块电源问题大揭密

　　随着半导体工艺和封装技术的改进，高频软开关技术的大量应用，模块电源的功率密度越做越高，模块电源的功率变换效率也越来越高，体积越来越小，出现了芯片级的模块电源。目前，由于采用模块组建电源系统具有设计周期短、牢靠性高、系统晋级容易等特性，应用也越来越普遍，普遍用于交流设备、接入设备、挪动通讯、微波通讯以及光传输、路由器等通讯范畴和汽车电子、航空航天等。

　　DC-DC是用开关电源的思想实现的。DC-DC有降压和升压两种，在这里只说降压，比如说你给DC-DC输入10V,DC-DC内部有个振荡器和斩波模块，例如，把在一个时间段允许10V通过，另一时间段内不允许10V通过（等于0v）。而在输出端有一个电容进行滤波，只要电容足够大，其结果就等于将中间的那个脉冲波形进行微积分，而输出一个5V的直流波形。

　　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。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。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。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。

　　由上所述，我们了解到DC-DC模块电源在整流中所遇到的一些基本问题以及调整的一些方法，让我们对模块电源在整流中有个更深刻的认识，目前，模块电源正一步步向器件级发展。随着模块电源集成化和一致性设计的推进，模块的应用也日趋标准化，应用电路越来越简单，选型也变得相对容易。相信在不久的将来，模块电源会发展的更快、更高。

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