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6165金沙总站定制开关电源:通过同步整流器降低功耗

来源:6165金沙总站-金沙澳门总站官网科技有      发布时间:2014-11-28     
在实际的生产中,6165金沙总站有一些应用要求尽可能高的功率效率。例如,在某种恶劣 环境下,要求DC/DC电源在高环境温度下工作,这时就需要低功耗,以让半导体器件的结温保持在其额定范围以内。其他应用可能必须达到“能源之星”规范或 者绿色模式标准的严格效率要求。电池供电型应用的用户希望获得最长的运行时间,而降低功耗可以直接延迟设备运行时间。今天,6165金沙总站都知道,使用同步整流器可 以降低功耗,并提高散热性能。低功耗应用的降压转换器和控制器设计人员已经在使用这种方法。另外,人们还开发了同步升压控制器,用于解决升压应用的功率效 率问题。
典型应用
6165金沙总站 们使用两个典型的升压应用来说明同步和非同步整流之间的差异。第一个是低输入电压应用,其可工作在低占空比下,也即输出电压接近输入电压时。这种系统的输 入例子是USB端口,或者一块2节或者3节串联电池组成的锂离子(Li-Ion)电池组。DC/DC电源升高电压,对2节锂离子电池或者一台平板电脑的电 池进行充电。另一个应用增高系统电源轨的电压至高输出电压,其可工作在更高的占空比下,这时输出电压远高于输入电压。输入例子为12V电源轨。功率放大 器、工业计算机或者高能量密度的能量存储,均需要高输出电压。
为 了说明同步整流的好处,6165金沙总站使用真实电路对每个应用进行测试,以比较效率和功耗。TI的TPS43060/61同步升压控制器,用于展示这些同步设计。这 些电流模式升压控制器集成了控制与门驱动电路,用于低侧和高侧MOSFET。TI的TPS40210电流模式、低侧开关升压控制器用于非同步设计。
基础操作
图1显示了步进(升压)拓扑的典型结构图。这种拓扑由低侧功率MOSFET(Q1)、功率电感(L1)和输出电容器(C1)组成。就同步拓扑而言,高侧MOSFET(Q2)用于整流开关。

图1 同步与非同步升压电路
在 非同步升压拓扑中,使用了一个功率二极管(D1)。图2显示了开关和电感的电压和电流的等效波形。在Q1“导通”期间,电感电流斜线上升,并且VOUT从 VIN断开。在此期间,输出电容器必须为负载供电。在“断开”期间,电感电流斜线下降,并通过整流开关对输出电容器充电。整流器的峰值电流等于开关的峰值 电流。
整流开关的选择
非 同步控制器使用一个外部功率二极管作为整流开关。选择功率二极管时需考虑的三个主要方面是:反向电压、正向电流和正向压降。反向电压应高于输出电压,包括 开关节点振铃余量。正向额定电流应至少等于电感器的峰值电流。正向电压应较小,以提高效率和降低功耗。平均二极管电流等于平均输出电流。所选二极管封装必 须能够处理功耗。
同步控制器控制整流开关的另一个MOSFET。 如果使用N通道MOSFET,则必须产生高于输出电压的电压,以用于门驱动器。利用一个自举电路来产生这种电压。图1包括了一个标准自举电路的典型结构 图,其由自举电容器(CBOOT)和自举二极管(DBOOT)组成。在Q1“导通”期间,自举电容器被充电至某个稳定电压(VCC),其通常由一个控制器 内部的低压降稳压器来调节。
当Q1关闭时,电容器到接地的电压为VOUT+VCC,并且要求电压可用于开启高侧开关。控制电路也必须更加复杂,以确保整流开关导通之前有足够的延迟,从而避免两个开关同时开启。如果出现这种情况,输出电压通过两个开关短路至接地,引起可损坏开关的强电流                 

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