一些應(yīng)用要求盡可能高的功率效率。例如，在某種惡劣環(huán)境下，要求DC/DC電源在高環(huán)境溫度下工作，這時就需要低功耗，以讓半導(dǎo)體器件的結(jié)溫保持在其額定范圍以內(nèi)。其他應(yīng)用可能必須達到“能源之星”規(guī)范或者綠色模式標(biāo)準(zhǔn)的嚴(yán)格效率要求。電池供電型應(yīng)用的用戶希望獲得最長的運行時間，而降低功耗可以直接延遲設(shè)備運行時間。今天，我們都知道，使用同步整流器可以降低功耗，并提高散熱性能。低功耗應(yīng)用的降壓轉(zhuǎn)換器和控制器設(shè)計人員已經(jīng)在使用這種方法。另外，人們還開發(fā)了同步升壓控制器，用于解決升壓應(yīng)用的功率效率問題。

　　典型應(yīng)用

　　我們使用兩個典型的升壓應(yīng)用來說明同步和非同步整流之間的差異。第一個是低輸入電壓應(yīng)用，其可工作在低占空比下，也即輸出電壓接近輸入電壓時。這種系統(tǒng)的輸入例子是USB端口，或者一塊2節(jié)或者3節(jié)串聯(lián)電池組成的鋰離子(Li-Ion)電池組。DC/DC電源升高電壓，對2節(jié)鋰離子電池或者一臺平板電腦的電池進行充電。另一個應(yīng)用增高系統(tǒng)電源軌的電壓至高輸出電壓，其可工作在更高的占空比下，這時輸出電壓遠高于輸入電壓。輸入例子為12V電源軌。功率放大器、工業(yè)計算機或者高能量密度的能量存儲，均需要高輸出電壓。

　　為了說明同步整流的好處，我們使用真實電路對每個應(yīng)用進行測試，以比較效率和功耗。TI的TPS43060/61同步升壓控制器，用于展示這些同步設(shè)計。這些電流模式升壓控制器集成了控制與門驅(qū)動電路，用于低側(cè)和高側(cè)MOSFET.TI的TPS40210電流模式、低側(cè)開關(guān)升壓控制器用于非同步設(shè)計。

　　基礎(chǔ)操作

　　圖1顯示了步進(升壓)拓?fù)涞牡湫徒Y(jié)構(gòu)圖。這種拓?fù)溆傻蛡?cè)功率MOSFET(Q1)、功率電感(L1)和輸出電容器(C1)組成。就同步拓?fù)涠?，高?cè)MOSFET(Q2)用于整流開關(guān)。

　　圖1 同步與非同步升壓電路

　　在非同步升壓拓?fù)渲?，使用了一個功率二極管(D1)。圖2顯示了開關(guān)和電感的電壓和電流的等效波形。在Q1“導(dǎo)通”期間，電感電流斜線上升，并且VOUT從VIN斷開。在此期間，輸出電容器必須為負(fù)載供電。在“斷開”期間，電感電流斜線下降，并通過整流開關(guān)對輸出電容器充電。整流器的峰值電流等于開關(guān)的峰值電流。

　　整流開關(guān)的選擇

　　非同步控制器使用一個外部功率二極管作為整流開關(guān)。選擇功率二極管時需考慮的三個主要方面是：反向電壓、正向電流和正向壓降。反向電壓應(yīng)高于輸出電壓，包括開關(guān)節(jié)點振鈴余量。正向額定電流應(yīng)至少等于電感器的峰值電流。正向電壓應(yīng)較小，以提高效率和降低功耗。平均二極管電流等于平均輸出電流。所選二極管封裝必須能夠處理功耗。

　　同步控制器控制整流開關(guān)的另一個MOSFET.如果使用N通道MOSFET,則必須產(chǎn)生高于輸出電壓的電壓，以用于門驅(qū)動器。利用一個自舉電路來產(chǎn)生這種電壓。圖1包括了一個標(biāo)準(zhǔn)自舉電路的典型結(jié)構(gòu)圖，其由自舉電容器(CBOOT)和自舉二極管(DBOOT)組成。在Q1“導(dǎo)通”期間，自舉電容器被充電至某個穩(wěn)定電壓(VCC)，其通常由一個控制器內(nèi)部的低壓降穩(wěn)壓器來調(diào)節(jié)。當(dāng)Q1關(guān)閉時，電容器到接地的電壓為VOUT+VCC,并且要求電壓可用于開啟高側(cè)開關(guān)?？刂齐娐芬脖仨毟訌?fù)雜，以確保整流開關(guān)導(dǎo)通之前有足夠的延遲，從而避免兩個開關(guān)同時開啟。如果出現(xiàn)這種情況，輸出電壓通過兩個開關(guān)短路至接地，引起可損壞開關(guān)的強電流。

　　整流開關(guān)的功耗

　　為了比較兩個不同整流器的效率，我們應(yīng)計算出功耗。在非同步拓?fù)渲校墒褂梅匠淌?估算出整流功率

　　二極管的功耗：

　　使用一個同步整流器時，共有兩個主要功耗源：傳導(dǎo)功耗和空時損耗。當(dāng)?shù)蛡?cè)開關(guān)關(guān)閉時，在高側(cè)開關(guān)導(dǎo)通以前存在一定的時間延遲(tDELAY)。在這種延遲期間，高側(cè)開關(guān)的體二極管(V S D)導(dǎo)電。一般而言，這被稱作空時(停滯時間)。當(dāng)高側(cè)開關(guān)開啟時，同樣存在MOSFET的RD S(O N)帶來的傳導(dǎo)損耗。方程式2計算占空比(D)，而方程式3估算損耗(PQ2)：

上一頁 1 2 下一頁