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直流稳压电源同步整流技术探讨及仿真

2017-7-1 11:27:07      点击:

同步直流稳压电源整流技术的目的是为了降低直流稳压电源整流二极管的导通损耗。由于功率MOS的导通压降较小,且导通阻抗较小,采用功率MOS替换直流稳压电源整流二极管可以降低导通损耗,进一步提升开关直流稳压电源的整机效率。

这带来了一个问题,如何实现功率MOS的开关呢?这个问题是同步直流稳压电源整流技术的难点,也是其核心问题。最简单的方法就是使用同步直流稳压电源整流专用芯片,这个方法很不错,但却不便于大家真正理解同步直流稳压电源整流技术的核心。就像通过直流稳压电源IC制作直流稳压电源一样,很方便也很可靠,可是你并不能真正理解直流稳压电源控制技术的精髓。

那同步直流稳压电源整流技术的核心到底是什么呢?答案是时序。通过合理的时序控制实现功率MOS的开关才是同步直流稳压电源整流技术的真正精髓之所在。理解到这个层面,你才真正懂了同步直流稳压电源整流技术。

如何实现不同的时序呢,很多种手段,单片机控制,逻辑门控制,脉冲变压器控制,光耦控制等等。其实讲到这一步,整个帖子最有价值的部分已经结束了。后续的仿真只不过是用于验证上述各种控制方法而已。

buck型同步直流稳压电源整流电路图

buck型同步直流稳压电源整流

仿真直流稳压电源电路原理图

仿真直流稳压电源电路原理图

节点波形

错buck型同步直流稳压电源整流技术

从该拓扑的名称上看,大家可能觉得其高大上,但它其实就是两个buck型拓扑直流稳压电源的并联,主要用于提升buck型拓扑的直流稳压电源输出功率

该类直流稳压电源的控制方式有两种,一种是同步驱动,一种是异步驱动(驱动信号相位角=2PI/n,n代表并联的buck拓扑个数)。

同步式交错buck直流稳压电源拓扑仿真

接下来讲讲异步交错buck拓扑,原理其实很简单,将脉冲信号经过D触发器分频处理后驱动各功率buck拓扑,这样做的优点是可以降低直流稳压电源输出直流稳压电源电压的纹波。

从两种控制方式的直流稳压电源输出仿真波形来看,貌似同步驱动式交错buck的直流稳压电源输出纹波直流稳压电源电压更小,这与很多技术文档上的描述相反,不知问题出在哪里,望诸位看官指点。

接下来讲讲boost型同步直流稳压电源整流技术,其实控制原理大同小异,只不过是拓扑结构换成了Boost拓扑。

buck型同步直流稳压电源整流直流稳压电源电路和boost同步直流稳压电源整流直流稳压电源电路对比,可以发现后者直流稳压电源输出直流稳压电源电压纹波较大,这是boost拓扑与生俱来的问题。

目前使用的仿真软件采用的是LTSPICE,个人觉得其仿真性能优于multisim以及saber,上手稍微难一点,但确实无愧于为开关直流稳压电源仿真量身定制这一称号。收敛性极佳,且仿真速度较快,几乎不占用太多的电脑资源,最最关键的是它是开源的,开源的,开源的!(重要的事情说三遍!)

先纠正一个错误,关于boost同步直流稳压电源整流中,续流功率MOS的漏极和源极的方向反了,虽然也能正常工作,但是由于续流功率MOS体二极管的开通速度比功率MOS的开通速度快,所以直流稳压电源输出的纹波脉冲要小。

下面我将同步驱动式boost直流稳压电源的仿真共享给大家,原理和buck型同步驱动类似。

仔细观察上电瞬间的直流稳压电源输出冲击直流稳压电源电压,是否感觉有点大,为什么呢?

答案就是上电瞬间续流功率MOS的开通速度相对与肖特基二极管或者快恢复二极管的开关速度还是慢了一点,所以才会出现上电瞬间直流稳压电源输出冲击直流稳压电源电压过大的现象。

怎么解决呢?在续流功率MOS上并联一肖特基或快恢复二极管即可。

接下来是异步驱动式交错boost直流稳压电源拓扑。

单纯的buck-boost直流稳压电源拓扑是没有同步直流稳压电源整流拓扑的,需要进行适当的变形之后才能实现同步直流稳压电源整流技术,这里就不详细分析了。把buck-boost直流稳压电源拓扑共享给大家。

前面讲解的同步直流稳压电源整流技术均是基于逻辑芯片实现驱动的,接下来讲讲通过变压器驱动功率MOS实现同步直流稳压电源整流的技术。

依旧是先从buck型同步直流稳压电源整流拓扑开始。

基于变压器驱动的交错型buck拓扑仿真。

基于光耦驱动的buck型同步直流稳压电源整流。

交错并联式buck型拓扑直流稳压电源仿真

反激型同步直流稳压电源整流,常规方法是通过变压器驱动实现次级功率MOS的开关。

正激型直流稳压电源同步直流稳压电源整流仿真

推挽式开关直流稳压电源的同步直流稳压电源整流直流稳压电源电路仿真