一.课题研究背景及意义

随着计算机、通信技术的发展,低压大电流开关电源越来越成为目前一个重要的研究课题。而效率问题始终是开关电源发展的一个主旋律,同步整流技术的出现,正是顺应了这一发展趋势。从出现至今,国内外许多著名的大公司和研究机构都不断致力于该技术的研究,为高效率二次电源的开发和应用提供了强大的技术基础。因此,深入分析和掌握同步整流技术特点,对于该技术的优化与发展及相关产品的开发具有十分重要的意义。目前,同步整流技术在DC/DC 模块电源领域得到了广泛的应用。随着MOSFET设计工业技术的进步,使当今的MOSFET的性能大大提高。例如IR公司的MOS管IRF7821 ,其最大导通电阻仅为9. 1 mΩ ,开关时间小于10ns,栅电荷仅9. 3nC,而且在逻辑电平下驱动即可。同步整流技术几乎可以应用到各种电路拓扑,并且可以与其它技术相结合,从而形成了各具特色的同步整流技术。例如,有源箝位技术与同步整流技术结合,实现了软开关同步整流技术,进一步降低了同步整流 MOS 管的开关损耗,效率也得到了进一步的提高。同步整流技术的关键则在于同步整流管的驱动控制上,不同的驱动方式对效率的影响是有很大差别的^[1]。

所谓同步整流是指开关 MOSFET管和整流二极管开关同步^[2]。开关变换器的损耗主要有 3 部分: 功率开关管的损耗、开关变压器的损耗和输出高频整流管的损耗。对通讯用二次电源而言,整流管的损耗尤其突出，同步整流技术的出现,正好顺应了这个要求。该技术采用低导通阻抗的功率MOS管代替肖管,起整流管的作用 ,使 MOS 整流管上的损耗降到肖管损耗的 1/3 以下^[3]。为了提高变换器的转换效率,必须降低整流损耗。采用低导通电阻的 MOSFET进行同步整流,是提高变换器效率的一种有效途径^[4]。同步整流器与硅可控整流器（SCR）非常相似，但是也有很大差别^[5]。

传统的单管正激变换器由于磁芯复位导致占空比漂移限制， MOSFET 承受输入 2倍或更多的电源电压，使其应用受到限制^[6]，由于双管正激变换器具有结构简单、开关电压应力低、不存在桥臂直通等优点，因被广泛地应用于工业界^[7]。双管正激变换器因开关管电压应力低，不需要磁复位电路，具有抗桥臂直通能力，可靠性高，因此在高输入电压、大功率场合得到广泛应用^[8]。正激变换器的开关电压为输入电压的两倍,甚至更高,过高的开关电压应力成为限制正激变换器容量增加的一个关键因素,采用双管正激变换器可降低开关管的电压应力^[9]。

由于正激变换器是最简单的隔离降压式DC/DC变换器，其输出端的LC滤波器非常适合输出大电流，可有效抑制输出电压纹波。所以，正激变换器成为低电压大电流功率变换器的首选拓扑结构^[10]。在中小功率应用场合，正激功率变换器因其具有结构简单等特性而具有较大的优势，为了减少主开关管上面的电压应力，提出了双管正激变换器^[11]。随着工业控制系统的迅速发展，特别是在煤矿井下通讯、交通及航天等领域，小功率DC/DC变换器的应用越来越广泛^[12]。双管正激变换器非常受150W-750W ATX电源/银盒的欢迎，还与零电压开关(ZVS)LLC拓扑存在竞争关系。它是一种硬开关拓扑且不在ZVS模式下工作。但正因为如此，它提供了没有体二极管导通的优点^[13]。

二.同步整流的驱动方法

同步整流技术的核心问题是同步整流管的驱动问题，同步整流的驱动方式有电压型驱动和电流型驱动两种。按照SR门极驱动电压的来源，又可分为自驱动（self-driven）和外驱动（externally driven）或称控制驱动（control driven）^[14]。

同步整流一般要求较低的驱动电压，因为在电压过高时，导通电阻值不会发生变化，且容易破坏元件。驱动电压越高，产生的损耗也会越大^[15]。一般来说，相对于自驱动式同步整流器，外部驱动式同步整流器电路复杂，价格昂贵，因此很少采用外部驱动式同步整流器。随着电子技术的迅速发展及各种微处理器、IC 芯片和DSP 的普及应用，对低压大电流输出的低压变换器的研究与应用成为日益重要的发展方向。整流损耗是变换器的主要损耗，采用低导通电阻的MOSFET进行整流可以有效地降低整流损耗、提高功率变换器的效率，于是同步整流技术应运而生。同步整流管驱动可分为自驱动方式和外部驱动方式，根据信号性质的不同，自驱动方式又可以分为电压型驱动方式和电流型驱动方式。根据驱动信号来源不同，电压型同步整流器主要有副边绕组电压驱动；辅助绕组电压驱动和滤波电感耦合电压驱动。副边绕组电压驱动是一种传统的电压自驱动同步整流拓扑；辅助绕组电压驱动应用最为广泛；而滤波电感耦合电压驱动则是一种新近提出的驱动方式。电压型同步整流器结构简单，经济高效，成为目前受到广泛关注的同步整流器驱动技术。另外，电流型同步整流器由于其易于并联运行，具有通用性等优点，今年也取得新的进展^[16]。

三.发展趋势