同步整流電路

概述

近年來隨著電源技術(shù)的發(fā)展，同步整流技術(shù)正在向低電壓、大電流輸出的DC/DC變換器中迅速推廣應(yīng)用。DC/DC變換器的損耗主要由3部分組成：功率開關(guān)管的損耗，高頻變壓器的損耗，輸出端整流管的損耗。在低電壓、大電流輸出的情況下，整流二極管的導(dǎo)通壓降較高，輸出端整流管的損耗尤為突出。快恢復(fù)二極管（FRD）或超快恢復(fù)二極管（SRD）可達(dá)1.0～1.2V，即使采用低壓降的肖特基二極管（SBD），也會(huì)產(chǎn)生大約0.6V的壓降，這就導(dǎo)致整流損耗增大，電源效率降低。功率MOSFET的導(dǎo)通壓降比較小，一般只能達(dá)到0.006V左右，可以很好的提高電路效率。舉例說明，筆記本電腦普遍采用3.3V甚至1.8V或1.5V的供電電壓，所消耗的電流可達(dá)20A。此時(shí)超快恢復(fù)二極管的整流損耗已接近甚至超過電源輸出功率的50%。即使采用肖特基二極管，整流管上的損耗也會(huì)達(dá)到（18%～40%）PO，占電源總損耗的60%以上。因此，傳統(tǒng)的二極管整流電路已無法滿足實(shí)現(xiàn)低電壓、大電流開關(guān)電源高效率及小體積的需要，成為制約DC/DC變換器提高效率的瓶頸。2100433B 解讀詞條背后的知識(shí) 簡(jiǎn)講開關(guān)電源 開關(guān)電源基礎(chǔ)講解，維修經(jīng)驗(yàn)分享，線路講解

同步整流電路講解

同步整流電路的特點(diǎn)是可以提高轉(zhuǎn)換器的效率。當(dāng)開關(guān)電源的輸入電壓為5V以下，輸出電流較大時(shí)，即使采用肖特基二極管整流，功耗也會(huì)很大，這種整流方式會(huì)使電源的效率大幅度的下降。假設(shè)，當(dāng)輸出電壓為5V時(shí)，效率不到85%；當(dāng)輸出電壓為3.3V時(shí)和5V時(shí)，其效率分別為80%和65%。當(dāng)...

雙半波整流電路

變壓器次級(jí)中心抽頭的全波整流電路。從圖2的電路很容易看出，它是兩個(gè)半波整流電路結(jié)合而成的，所以也稱為雙半波整流電路。變壓器的中心抽頭為地電位，把交流電壓正、負(fù)半周分成兩部分。正弦交流電正半周時(shí)二極管DA導(dǎo)通，電流通過DA到負(fù)載；負(fù)半周時(shí)二極管DB導(dǎo)通，電流通過DB也到負(fù)載。和半波整流電路相比，在交流電壓的正、負(fù)半周上都有電流通過負(fù)載。雖然每個(gè)時(shí)刻流到負(fù)載的電流并未增加，但平均輸出電流比半波整流加倍，流過每個(gè)管的電流為負(fù)載電流的1/2。有載時(shí)平均輸出電壓是變壓器次級(jí)半個(gè)繞組電壓有效值的0.9倍[1]。

雙半波整流電路

橋式全波整流電路

經(jīng)常使用的整流電路是橋式全波整流電路。它的變壓器次級(jí)只有一個(gè)繞組，接在由四只二極管組成的電橋上。四只管又分成兩對(duì)，每對(duì)串聯(lián)起來工作。當(dāng)正弦交流電的正半周到來時(shí)，即變壓器次級(jí)上端為正時(shí)，二極管DA和DC導(dǎo)通而二極管DB和DD截止，如圖3b所示。當(dāng)正弦交流電壓的下半周到來時(shí)，即變壓器上端相對(duì)于下端為負(fù)時(shí)，二極管DB和DD導(dǎo)通而二極管DA和DC截止，如圖3c所示?？梢钥闯?，不論是DA和DC導(dǎo)通，或是DB和DD導(dǎo)通，流過負(fù)載的電流方向都是一致的，在負(fù)載上產(chǎn)生的電壓都是上正下負(fù)。輸出波形與變壓器具有中心抽頭的全波整流器的整流波形相同，如圖3d。每一個(gè)脈沖波形對(duì)應(yīng)兩個(gè)導(dǎo)通管[1]。

另外，當(dāng)DA和DC管導(dǎo)通時(shí)，可近似將它們看作短路，變壓器次級(jí)的反向峰值電壓是加到截止管DB和DD上的（兩管并聯(lián)），所以每只管承受的反向峰值電壓為√2Erms。加到電阻性或電感性負(fù)載上的輸出電壓為變壓器次級(jí)有效值電壓的0.9倍；加到電容性負(fù)載的輸出電壓是變壓器次級(jí)有效值電壓的√2倍。一般估算認(rèn)為，帶負(fù)載時(shí)輸出電壓為1.2Erms。兩對(duì)二極管交替工作，輸出電流比半波整流器加大了一倍，每只管流過的電流ID僅為負(fù)載電流Id的一半，即ID=1/2Id[1]。

分類

相控整流電路分為單相、三相、多相整流電路3種。

對(duì)整流電路的意義有以下總結(jié)：

1、電源電路中的整流電路主要有半波整流電路、全波整流電路和橋式整流三種，倍壓整流電路用于其它交流信號(hào)的整流，例如用于發(fā)光二極管電平指示器電路中，對(duì)音頻信號(hào)進(jìn)行整流。

2、前三種整流電路輸出的單向脈動(dòng)性直流電特性有所不同，半波整流電路輸出的電壓只有半周，所以這種單向脈動(dòng)性直流電主要成分仍然是50Hz的；因?yàn)檩斎虢涣魇须姷念l率是50Hz，半波整流電路去掉了交流電的半周，沒有改變單向脈動(dòng)性直流電中交流成分的頻率；全波和橋式整流電路相同，用到了輸入交流電壓的正、負(fù)半周，使頻率擴(kuò)大一倍為100Hz，所以這種單向脈動(dòng)性直流電的交流成分主要成分是100Hz的，這是因?yàn)檎麟娐穼⑤斎虢涣麟妷旱囊粋€(gè)半周轉(zhuǎn)換了極性，使輸出的直流脈動(dòng)性電壓的頻率比輸入交流電壓提高了一倍，這一頻率的提高有利于濾波電路的濾波。

3、在電源電路的三種整流電路中，只有全波整流電路要求電源變壓器的次級(jí)線圈設(shè)有中心抽頭，其他兩種電路對(duì)電源變壓器沒有抽頭要求。另外，半波整流電路中只用一只二極管，全波整流電路中要用兩只二極管，而橋式整流電路中則要用四只二極管。根據(jù)上述兩個(gè)特點(diǎn)，可以方便地分辨出三種整流電路的類型，但要注意以電源變壓器有無抽頭來分辨三種整流電路比較準(zhǔn)確。

4、在半波整流電路中，當(dāng)整流二極管截止時(shí)，交流電壓峰值全部加到二極管兩端。對(duì)于全波整流電路而言也是這樣，當(dāng)一只二極管導(dǎo)通時(shí)，另一只二極管截止，承受全部交流峰值電壓。所以對(duì)這兩種整流電路，要求電路的整流二極管其承受反向峰值電壓的能力較高；兩只二極管導(dǎo)通，另兩只二極管截止，它們串聯(lián)起來承受正向峰值電壓，在每只二極管兩端只有正向峰值電壓的一半，所以對(duì)這一電路中整流二極管承受反向峰值電壓的能力要求較低。

5、在要求直流電壓相同的情況下，對(duì)全波整流電路而言，電源變壓器次級(jí)線圈抽頭到上、下端交流電壓相等；且等于橋式整流電路中電源變壓器次級(jí)線圈的輸出電壓，這樣在全波整流電路中的電源變壓器相當(dāng)于繞了兩組次級(jí)線圈。

6、在全波和橋式整流電路中，都將輸入交流電壓的負(fù)半周轉(zhuǎn)到正半周或?qū)⒄胫苻D(zhuǎn)到負(fù)半周，這一點(diǎn)與半波整流電路不同，在半波整流電路中，將輸入交流電壓一個(gè)半周切除。

7、在整流電路中，輸入交流電壓的幅值遠(yuǎn)大于二極管導(dǎo)通的管壓降，所以可將整流二極管的管壓降忽略不計(jì)。

8、對(duì)于倍壓整流電路，它能夠輸出比輸入交流電壓更高的直流電壓，但這種電路輸出電流的能力較差，所以具有高電壓，小電流的輸出特性。

9、分析上述整流電路時(shí)；主要用二極管的單向?qū)щ娞匦?，整流二極管的導(dǎo)通電壓由輸入交流電壓提供。