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2020.05.13 AC/DC

总结

AC/DC PWM方式反激式转换器设计方法

“提高AC/DC转换器效率的二次侧同步整流电路设计”相关的文章共14篇,本文是最后一篇。

本文的背景是近年来对AC/DC电源的效率要求越来越高,其中一种提高AC/DC转换器效率的方法是将现有的主流方式–二极管整流方式改为效率有望进一步提高的同步整流方式。然而,要想将AC/DC转换器改为同步整流方式,这当中存在一些课题。中等功率以下的AC/DC转换器多采用PWM反激方式,并根据条件以连续模式工作。如果将这种方式简单地改为同步整流方式的话,在连续模式工作时可能无法正常控制,一次侧开关元件和二次侧整流元件同时导通,可能会因直通电流(Flow-through Current)导致元件损坏。因此,就需要一些方法,比如添加防止同时导通的电路、采用不会以连续模式工作的准谐振方式、或使用时仅通过不连续模式工作等。

针对这些课题,ROHM推出了为将二极管整流式AC/DC转换器改为同步整流方式而开发的二次侧同步整流控制器IC “BM1R001xxF系列”,在本系列文章中,介绍了使用该系列IC将二极管整流的AC/DC转换器改为同步整流方式的设计案例。

下面汇总了相关各篇文章的关键要点。同时附有各篇文章的链接,便于您一并使用。

<提高AC/DC转换器效率的二次侧同步整流电路设计>

  1. 前言

    关键要点

    ・由于各国的严格规定,改善AC/DC转换器的效率已经是势在必行的事情。

    ・反激式AC/DC转换器采用二次侧同步整流方式存在着要避免直通/击穿状态等课题。

    ・已经开发出用来实现二次侧同步整流的控制器IC。

  2. 设计步骤

    关键要点

    ・设计步骤大致如下:
     1. 同步整流电路部的设计:同步整流用MOSFET的选型、控制IC的选型、外围部件的选型
     2. 分流稳压器电路部的设计
     3. 故障排除(Trouble Shooting)
     4. 特性评估

  3. 用于设计的IC

    关键要点

    ・BM1R001xxF系列由强制OFF时间不同的5款机型组成。

    ・封装采用小巧而简单的SOP8封装。

    ・分流稳压器具有消耗电流低和精度高的特点,可通过降低控制电路电流来减少待机功率。

    ・同步整流控制器支持所有模式:不连续~临界~连续模式,因此也适用于PWM方式的转换器。

  4. 电源规格和替代电路

    关键要点

    ・在该设计案例中,将二极管整流的AC/DC转换器改为同步整流方式。

    ・改为同步整流方式的方法有低边型和高边型两种。

    ・改为同步整流方式虽然会使外置部件略有增加,但对于解决AC/DC转换器的课题–提高效率(尤其是待机时的效率)来说,是很有效的方法。

  5. 同步整流电路部:同步整流用MOSFET的选型

    关键要点

    ・在该设计案例中,将二极管整流的AC/DC转换器改为同步整流方式。

    ・改为同步整流设计首先需要对取代输出整流二极管的MOSFET进行选型。

    ・要想确定替代部件的规格,需要先确认现有电路中的电流、电压、波形等。

  6. 同步整流电路部分:电源IC的选择

    关键要点

    ・确认现有电路的工作和各种条件,确定设计所用的电源IC。

    ・设置最大导通时间,防止一次侧和二次侧的MOSFET同时导通带来的破坏。

    ・计算强制关断时间,并选定相应的BM1R001xxF系列。

    ・BM1R001xxF系列拥有强制关断时间不同的5款机型。

  7. 同步整流电路部分:外围电路部件的选型-DRAIN引脚的D1、R1、R2

    关键要点

    ・BM1R00147F通过DRAIN引脚的电压来控制二次侧MOSFET M2的栅极。

    ・DRAIN引脚的检测电平非常低,仅为几mV,会误检测到MOSFET M2开关时的微量浪涌电压。

    ・作为对策,需要在DRAIN引脚添加用来吸收浪涌的电阻和二极管。

  8. 同步整流电路部分:外围电路部件的选型-MAX_TON引脚的C1、R3以及VCC引脚

    关键要点

    ・BM1R00147F的MAX_TON引脚需要串联连接电容器和电阻,以降低噪声。

    ・这里的电容器和电阻还兼具MAX_TON引脚的相位补偿功能,因此是必须要连接的。

    ・Low Side Type时,可由二次侧VOUT轻松向BM1R00147F的VCC引脚供电。

    ・High Side Type时,需要另行准备电源,如增加辅助电源电路、在变压器二次侧安设辅助绕组等。

  9. 分流稳压器电路部分:外围电路部件的选型

    关键要点

    ・通过BM1R00147F的分流稳压器电路部分的外围部件设置来设置输出电压。

  10. 故障排除(Trouble Shooting)①:当二次侧MOSFET立即关断时

    关键要点

    ・这是对现有隔离型反激式转换器二次侧的替换,因此充分确认实际的运行情况是非常重要的。

    ・噪声引发二次侧MOSFET误动作时,可在DRAIN引脚的电路中添加铁氧体磁珠,或加大滤波用电阻的阻值。

  11. 故障排除(Trouble Shooting) ②:当二次侧MOSFET在轻负载时因谐振动作而导通时

    关键要点

    ・这是对现有隔离型反激式转换器二次侧的替换,因此充分确认实际的运行情况是非常重要的。

    ・轻负载时二次侧MOSFET可能会受谐振动作影响而导通,大致有4种对策。
     1) 减小DRAIN引脚连接电阻R1
     2) 改用强制关断时间长的型号(IC)
     3) 在二次侧MOSFET的漏极-源极间添加缓冲电路
     4) 减小变压器的匝比Ns / Np

    ・各对策都存在需要权衡的注意事项。

  12. 故障排除(Trouble Shooting) ③:当VDS2受浪涌影响而超过二次侧MOSFET的VDS耐压时

    关键要点

    ・这是对现有隔离型反激式转换器二次侧的替换,因此充分确认实际的运行情况是非常重要的。

    ・VDS2受浪涌影响有时可能会超过二次侧MOSFET的VDS耐压,大致有3种对策。
     1) 在二次侧MOSFET的漏极-源极间插入电容
     2) 加大一次侧MOSFET的栅极阻值
     3) 减小变压器的匝比Ns/Np,降低VDS2

    ・各对策都存在需要权衡的注意事项。

  13. 二极管整流和同步整流的效率比较

    关键要点

    ・以往的二次侧二极管整流方式和替换后的同步整流方式的效率相比,很明显,同步整流方式的效率更高。

    ・同步整流方式中,高边方式和低边方式的效率基本没有差别。

    ・效率差的主要因素是二极管整流的二极管损耗(VF)和同步整流的MOSFET损耗(VDS)之间的差。

  14. 实装PCB板布局相关的注意事项

    关键要点

    ・在改为二次侧同步整流电路的过程中,大多数PCB板布局相关的注意事项,都是以开关电源电路的布局为基础的。

以上

PWM方式反激式转换器设计手法