摘要 - 本文介绍一种用数字方法控制在开关型电源(SMPS)中用作整流的一只或者两只MOSFET的方法,特别是讨论了将它们关断的方法。利用时钟信号的方波形成一个或者两个相位与输入信号相同或者相位相反的方波。用数字控制的方法能够产生一个定时信号,因而可以期望输出信号按照时钟信号的变从高电平转变为低电平。本文还介绍了这种方法在正激式和回扫式电源转换器中的应用。 一、引言 在电源转换领域,输出直流电压不高的隔离式转换器(正激式、回扫式、双端式)都使用 MOSFET作为整流器件。由於这些器件上的导通损耗较小,能够提高效率 [4、5],因而应用越来越广泛。 为了这种电路能够正常运作,必须对同步整流器(SR)加以控制,这是基本的要求。同步整流器是用来取代二极管的,所以必须选择适当的方法,按照二极管的工作规律来驱动同步整流器。驱动信号必须用PWM控制信号来形成,而PWM控制信号决定著开关型电路的不同状态。 一般而言,同步整流器是使用自驱动电路[2]或者用外来控制信号来推动。第一种方法的性能往往不是很好,原因是同步MOSFET的体内二极管导通时间很长, 另一个原因是栅极驱动电压是变化的。用控制驱动电路的方法时,如何控制栅极驱动信号以防止它们在切换过程中出现同时导通的现象,在这方面存在著困难。为了解决这些困难,必须采用特殊的电路,例如在副边使用PWM控制器 ,或者使用某种耦合器件把切换信息从原边传送到副边。这些电路增加了电源转换器的复杂程度,并且提高了成本[3]。 如果在电源转换器中,PWM的频率是固定不变的,而且PWM控制器是放在原边,那麽可以用本文介绍的方法用控制驱动电路来实现同步整流,并且可以避免在副边出现短路或者在原边和副边之间出现短路。 二、短路的形成 控制驱动同步整流的一个主要问题是如何产生驱动MODFET的信号而又能避免两只MOSFET出现同时导通的现象。必须防止正激式转换器中两只MOSFET同时导通的现象,或者防止回扫式转换器中同步MOSFET和主开关MOSFEF出现同时导通的现象。 图1是正激式转换器副边的同步整流电路,当主开关MOSFET导通时,电压Vs是趋向於成为正电压。这个电压使得整流MOSFET(FR)中的体内二极管成为正偏置。而且,由於检测高电平Vs与续流MOSFET(FW)的关断之间存在延迟,在t0-t1.这段时间内,续流MOSFET、整流MOSFET中的体内二极管、以及隔离变压器的副边便形成短路回路,在其中流过的电流在理论上不受限制。短路电流的数值只受到电路中寄生参数的限制,而且最终是由PWM中的保护电路来限制短路电流。
图1. 在副边形成的短路回路
对於整流MOSFET关断过程,这些考虑同样成立,对於其他的隔离式转换器要关断的开关器件也同样是适用的。为了避免出现这种恶劣的情况出现,必须先把续流MOSFET关断,然後整流MOSFET才由关断变成导通。 这就是说,必须提前把续流整流器件切断,或者说在关断续流整流件时必须有一些“提前量”。