在DC/DC業(yè)界,應該說(shuō),軟開(kāi)關(guān)技術(shù)的開(kāi)發(fā)、試驗、直到用于工程實(shí)踐,費力不小,但收效卻不是太大。花在這方面的精力和資金還真不如半導體業(yè)界對MOSFET技術(shù)的改進(jìn)。經(jīng)過(guò)幾代MOSFET設計工業(yè)技術(shù)的進(jìn)步,從第一代到第八代。光刻工藝從5μM進(jìn)步到0.5μM。完美晶格的外延層使我們將材料所選擇的電阻率大幅下降。加上進(jìn)一步減薄的晶片。優(yōu)秀的芯片粘結焊接技術(shù),使當今的MOSFET(例如80V40A)導通電阻降至5mΩ以下,開(kāi)關(guān)時(shí)間已小于20ns,柵電荷僅20nc,而且是在邏輯電平下驅動(dòng)即可。在這樣的條件下,同步整流技術(shù)獲得了極好的效果,幾乎使DC/DC的效率提高了將近十個(gè)百分點(diǎn)。效率指標已經(jīng)普遍進(jìn)入了>90%的范圍。目前,自偏置同步整流已經(jīng)普遍用于5V以下的低壓小功率輸出。自偏置同步整流用法簡(jiǎn)單易行,選擇好MOSFET即告成功,此處不多述。
而對于12V以上至20V左右的同步整流則多采用控制驅動(dòng)IC,這樣可以收到較好的效果。ST公司的STSR2和STSR3可以很好地用于反激變換電路及正激變換電路。我們給出其參考電路。線(xiàn)性技術(shù)公司的LTC3900和LTC3901則是去年才推出的更優(yōu)秀的同步整流控制IC.采用IC驅動(dòng)的同步整流電路中,應該說(shuō)最好的還是業(yè)界于2002年才正式使用的ZVS,ZCS同步整流電路,它將DC/DC轉換器的效率帶上了95%這一歷史性臺階。
ZVS,ZCS同步整流只適用初級側為對稱(chēng)型電路拓樸,磁芯可以雙向工作的場(chǎng)合。即推挽、半橋以及全橋硬開(kāi)關(guān)的電路。二次側輸出電壓24V以下,輸出電流較大的場(chǎng)合,這時(shí)可以獲得最佳的效果。我們知道,對于傳輸同樣功率高壓小電流硬開(kāi)關(guān)的損耗要比低壓大電流硬開(kāi)關(guān)時(shí)的損耗低很多。我們利用這種性能將PWM的輸出信號經(jīng)過(guò)變壓器或高速光耦傳輸至二次側,適當處理其脈寬后,再去驅動(dòng)同步整流的MOSFET。讓同步整流的MOSFET在其源漏之間沒(méi)有電壓,不流過(guò)電流時(shí)開(kāi)啟及關(guān)斷。只要此時(shí)同步整流的MOSFET的導通電阻足夠小,柵驅動(dòng)電荷足夠小,就能大幅度地提升轉換效率。最高的95%的轉換效率即是這樣獲得的,業(yè)界將其稱(chēng)為CoolSet,即冷裝置,不再需要散熱器和風(fēng)扇了。
這種電路拓樸的輸出電壓在12V、15V輸出時(shí)效率最高,電壓降低或升高,效率隨之下降。輸出電壓超過(guò)28V時(shí),將與肖特基二極管整流的效果相當。輸出電壓低于5V時(shí)采用倍流整流會(huì )使變壓器利用更充分,轉換效率也會(huì )更高。
在ZVS及ZCS同步整流技術(shù)應用于工程獲得成功后,人們在不對稱(chēng)電路拓樸中也在進(jìn)行軟開(kāi)關(guān)同步整流控制的試驗。例如已經(jīng)有了有源箱位正激電路的同步整流驅動(dòng)(NCP1560),雙晶體管正激電路的同步整流驅動(dòng)(LTC1681及LTC1698)但都未取得如對稱(chēng)型電路拓樸的ZVS,ZCS同步整流的優(yōu)良效果。
近來(lái),TI的工程師采用予撿測同步整流MOSFET開(kāi)關(guān)狀態(tài),然后用數字技術(shù)調整MOSFET開(kāi)關(guān)時(shí)間的方法突破性的做出ZVS的同步整流,從而解決了非對稱(chēng)電路的軟開(kāi)關(guān)同步整流。