半同步整流电路设计模块

硬件电路设计模块模块编码：TS-C010203007版本：V1.0密级：秘密ENP研究管理部执笔人：范国平页数：共15页半同步整流电路设计模块发布日期发布实施日期实施艾默生网络能源有限公司半同步整流电路设计模块版本：1.0文件编码：TS-C010203007第2页共16页前言本模块于发布日期首次发布；本模块起草单位：DC/DC研发部、研究管理部技术管理处；本模块执笔人：范国平本模块主要起草人：范国平张辉唐志李卫平本模块标准化审查人：林攀本模块批准人：董晓鹏本模块修改记录：半同步整流电路设计模块版本：1.0文件编码：TS-C010203007第3页共16页更改信息表版本更改原因更改说明更改人更改时间半同步整流电路设计模块版本：1.0文件编码：TS-C010203007第4页共16页目录前言................................................................................................................2更改信息表....................................................................................................3目录................................................................................................................4摘要................................................................................................................5关键词............................................................................................................5专业术语........................................................................................................51．来源....................................................................................................52．满足技术指标....................................................................................53．详细电路图........................................................................................64．电路原理............................................................................................65．电路比较............................................................................................66．电路选择及电路调试........................................................................117．元器件清单......................................................................................148．附件清单..........................................................................................14半同步整流电路设计模块版本：1.0文件编码：TS-C010203007第5页共16页摘要本规范基于AG25产品介绍了半同步整流电路，比较分析了同步整流电路、半同步整流电路以及肖特基二极管整流电路，指出了半同步整流电路的适用范围，详细分析了该电路的设计思路及方法，介绍了电路的设计及调试要点。关键词半同步整流、防反灌、防反压、谐振复位、同步驱动专业术语正激电路、同步整流、谐振复位、肖特基二极管整流、半同步整流1．来源本设计规范主要来源于AG25-48S05/03产品，适用于中小功率模块。2．满足技术指标项目指标效率5V：88%3.3V：84%防反灌功能有防反压功能有半同步整流电路设计模块版本：1.0文件编码：TS-C010203007第6页共16页3．详细电路图图一：半同步整流主电路图4．电路原理半同步整流电路采用单端正激+谐振复位电路，副边采用MOS整流，肖特基二极管续流的半同步整流电路，整流管驱动与原边主MOS管同步驱动，传递能量，MOS管关断后通过肖特基管续流实现能量交换。该电路效率较肖特基整流效率有了明显的提高，同时又可以防反灌、防反压，避免了同步整流电路的缺点，控制电路简单，设计和调试简单，特别适合应用在中小功率电路设计中。5．电路比较同步整流、肖特基二极管整流电路、半同步整流电路比较及选用■1、电路拓扑比较A、肖特基二极管整流电路OOON1N2ODRIVEVCC+IsT1R2D2T2Q5C2Q1+VO1+VI1C1R3Q4L1-VI1C4C7-VO1C3R1D1D3+vin-Uo-vin+UoC6R57C55AC54C51R54D8123R57AL2C1Q4132T1109216538Q4132半同步整流电路设计模块版本：1.0文件编码：TS-C010203007第7页共16页图二：肖特基二极管整流主电路图肖特基二极管整流电路电路拓扑简单，控制简单。由于采用肖特基二极管整流，在电路原理上可以避免反灌，同时也可以防反压，而且二极管无需控制，大大简化了电路；但同时由于肖特基二极管压降比较大，对于低压大电流应用中，肖特基二极管的损耗也就相对比较大了，模块效率会比较低，散热比较困难，不适合应用在这种条件下；在中小功率高电压输出比如12V、15V输出应用中，二极管的损耗就相对很小了，采用这种电路就有优势。B、同步整流电路为了克服低压大电流应用中由二极管带来的损耗，整流管和续流管采用MOS管，即采用同步整流电路，由于MOS管压降远小于肖特基二极管的压降，故同步整流的副边损耗可以大大降低，从而大大提高了模块的效率。但由于MOS管需要驱动，这就需要增加控制电路，而这也带来了相关的问题，比如反灌、反压问题，以下是几种同步整流电路的控制方式：1、同步整流电路方案选择一OOOOOOON1N2N4N3ODRIVEVCC+IsR5T1R2Q2D2T2Q6Q5C2Q1+VO1+VI1C1C6D1R4R3Q4C5T3L1-VI1D3C4C7-VO1C3Q3R1R6图三：同步整流主电路图一优点：（1）辅助驱动绕组独立，副边MOS管gsV更好控制（2）可以防反灌副边整流管驱动部分的电压gsV为：14NNVVings关断反压为：14NNVcrVgscrV为原边谐振电压副边续流管驱动部分的电压gsV为：13NNVcrVgs由于N3和N4的选取可以根据副边所选用整流管及续流管的驱动门槛电压半同步整流电路设计模块版本：1.0文件编码：TS-C010203007第8页共16页和最大允许电压选取，不直接受副边匝数N2的限制，设计和调试就相对简单了。2、同步整流电路方案选择二图四：同步整流主电路图二优点：辅助驱动绕组独立，副边MOS管gsV更好控制缺点：不可以防反灌3、同步整流电路方案选择三图五：同步整流主电路图三缺点：（1）、不可以防反灌（2）无独立驱动绕组，驱动电压直接由副边提供，设计和调试更难优点：控制简单副边整流管驱动部分的电压gsV为：12NNVVings关断反压为：12NNVcrVgscrV为原边谐振电压J1OOOOOOON1N2N4N3ODRIVE+IsVCCD1-VO1+VI1T1Q4R1T2Q3C6D3T3R5D2C2R6R4-VI1C7R2C1+VO1C5C4Q6R3Q5Q1C3L1Q2J1OOOOON1N2ODRIVE+IsVCCD1-VO1+VI1R1Q4T1Q3T2D3C6T3R5C2D2R6C7-VI1C1R2C4C5+VO1R3Q6C3Q1Q5L1Q2R4半同步整流电路设计模块版本：1.0文件编码：TS-C010203007第9页共16页副边续流管驱动部分的电压gsV为：12NNVcrVgs由上面可以看出，驱动电压受12NN匝比限制，而12NN由输入输出电压决定，因此整流管和续流管选择余地比较小，设计和调试就比较困难了。C、半同步整流电路半同步整流电路副边整流管采用MOS管、续流管采用肖特基整流管，整流管与原边主MOS管同步控制，由于整流管采用了MOS管，这样可以降低整流管上的损耗从而降低副边的损耗，提高模块的效率，而且整流管控制可以直接通过变压器控制驱动，简化了电路，由于提高了效率，同时电路相对也简单，因此，这种电路特别适合于中低功率低压2.5V、3.3V、5V电路设计中，以下是几种半同步整流电路控制方案：1、半同步整流电路方案选择一优点：驱动无负压（除磁复位短时间外）缺点：不可以防反灌图六：半同步整流主电路图一2、半同步整流电路方案选择二缺点：（1）无独立驱动绕组，驱动电压直接由副边提供，设计和调试更难（2）需另加防反灌电路图七：半同步整流主电路图二三、半同步整流电路方案选择三OUT+OUT-J2+Vin-VinOOL2Q4+C2C1L1C3T12341OUT+OUT-J2+Vin-VinOOL2Q4+C2C1L1C3T12341半同步整流电路设计模块版本：1.0文件编码：TS-C010203007第10页共16页优点：（1）可以防反灌（2）辅助驱动绕组独立，副边MOS管Vgs更好控制图八：半同步整流主电路图三四、半同步整流电路方案选择四优点：（1）可以防反灌（2）辅助驱动绕组独立，副边MOS管gsV更好控制（3）整体效率略高于方案三图九：半同步整流主电路图四以上比较了四种半同步整流的优缺点，第四种半同步整流电路采用单独绕组进行控制驱动，控制简单，绕组匝数可以根据MOS管驱动电压范围选取。由于采用单独绕组驱动，绕组驱动电压由变压器变比确定，驱动信号与原边MOSFET同步，由控制芯片决定，因此可以实现防反灌、防反压功能。相对这四种半同步整流电路而言，这种半同步整流电路更适合电路设计应用。从以上分析可以看出，对于控制电路，肖特基二极管整流电路最简单，同步整流电路最复杂；而对于效率及散热而言，肖特基二极管整流电路效率最低，同步整流电路效率最高，因此电路设计时必须综合考虑这两个因素，对于高压输出特别是中小功率的高压输出（12V、15V）的模块，采用肖特基二极管整流电路就很合适，这样可以采用最少的器件，控制最为简单，同时效率也比较高；而对于低压大电流输出的模块，同步整流电路就显示出了它的优势；对于中低功率-vin+vin+Vo-VoC6C1C55AC54D8123L2Q4132R57C51680PR57AQ10T1109216538+vin-Uo-vin+UoC6R57C55AC54C51R54D8123R57AL2C1Q4132T1109216538Q4132半同步整流电路设计模块版本：1.0文件编码：TS-C010203007第11页共16页（2.5V、3.3V、5V）的应用，半同步整流电路变极为适合了，一是采用半同步整流电路效率比较高，散热不存在问题；二来控制电路也比较简单。■2、电路效率