為了達(dá)到ClimateSaversComputing及80PLUSPlatinum高效率標(biāo)準(zhǔn)，電源供應(yīng)設(shè)計(jì)人員已經(jīng)在電源系統(tǒng)中將相移全橋式DC/DC搭配使用同步整流器（FET）（圖1）。對(duì)于這些高效率應(yīng)用而言，相移全橋式轉(zhuǎn)換器是的選擇，因?yàn)镈C/DC功率級(jí)的主要FET可達(dá)到零電壓切換。同步輸出整流器（QE及QF）的效率高于二極體整流，因此更容易達(dá)到這些高效率標(biāo)準(zhǔn)。然而，在無(wú)負(fù)載的條件下，這些同步整流器所耗用的電源，會(huì)高于輸出的標(biāo)準(zhǔn)整流二極體。若要符合無(wú)負(fù)載條件下的待機(jī)輸入電源需求，關(guān)閉同步整流器，并使用同步FET的本體二極體，進(jìn)行輸出整流更為適合。本文將介紹可根據(jù)轉(zhuǎn)換器輸入電源，開(kāi)關(guān)相移全橋式轉(zhuǎn)換器同步整流器的簡(jiǎn)易電路。

　　圖1顯示含同步整流器（QE及QF）的峰值電流模式，DC/DC相移全橋式轉(zhuǎn)換器功能示意圖。一般而言，F(xiàn)ETQA至QF是以閘極驅(qū)動(dòng)器/緩沖級(jí)加以驅(qū)動(dòng)，QA至QD形成的H橋輸入電流，則是以電流感應(yīng)變壓器（CT）網(wǎng)絡(luò)加以測(cè)量。

圖1.含同步整流器（QE及QF）的相移全橋式功能示意圖。

　　如前所述，為達(dá)到零負(fù)載條件下的待機(jī)電源需求，關(guān)閉同步整流器為較適合的作法，因?yàn)轵?qū)動(dòng)同步FET所耗用的電源，大于僅使用FET本體二極體進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)整流所耗用的電源。在待機(jī)模式中，轉(zhuǎn)換器的負(fù)載較輕，本體二極體耗用的電源相當(dāng)少。以下等式可估算驅(qū)動(dòng)一個(gè)同步整流器閘極所需的電源（PQEg）。在此等式中，變數(shù)QEg是FET閘極電量，Vg是FET閘極電壓，變數(shù)fs是FET切換頻率。在相移全橋式設(shè)計(jì)中，F(xiàn)ETQE的閘極電量為115nC，并且以100kHz的12V閘極驅(qū)動(dòng)信號(hào)加以驅(qū)動(dòng)，因此大約需要138mW的電源驅(qū)動(dòng)一個(gè)FET。在如此的條件下，驅(qū)動(dòng)兩個(gè)同步FET（QE及QF）所需的電源總計(jì)為276mW。如果同步整流器未關(guān)閉，驅(qū)動(dòng)這些FET所需的電源，可能會(huì)補(bǔ)償輸入電源的25%至50%。額外的電源消耗會(huì)使設(shè)計(jì)不符合輸入電源需求。

　　圖2中顯示的電路可新增至圖1中顯示的系統(tǒng)，根據(jù)系統(tǒng)負(fù)載控制啟用及停用FETQE與QF的同步整流器。

　　若要使此電路運(yùn)作，需要同步閘極驅(qū)動(dòng)器（U1及U2）產(chǎn)生反向及非反向輸入。使用轉(zhuǎn)換器電流感應(yīng)電阻（VRS）的電流感應(yīng)信號(hào)啟用和停用FETQE及QF，此電路即可運(yùn)作。電阻R1及C1會(huì)形成低頻率電極為723Hz的低通濾波器，此濾波器所產(chǎn)生的DC電壓（V1），可代表降壓轉(zhuǎn)換器電流感知電阻的平均電壓大小。

　　在某些應(yīng)用中，平均CS信號(hào)可低于0.25V，因此，電子元件A1、R3及R2的非反向放大器配置，可將平均電流感應(yīng)信號(hào)（V1）放大為易于監(jiān)控的可管理電流（V2）。放大器A2及電子元件R4、R5、R6會(huì)形成遲滯比較器，根據(jù)放大的平均電流感應(yīng)信號(hào)，啟用和停用同步整流器。電阻R7及R8即形成分壓器，以減少放大器A2的輸出，有助于防范閘極驅(qū)動(dòng)器ICU1及U2過(guò)度輸入電壓。

　　同步FET會(huì)根據(jù)遲滯比較器（V4）的輸出予以啟用及停用。比較器的輸出升高時(shí)，閘極驅(qū)動(dòng)器的輸出會(huì)降低，以停止同步整流，并使用FET本體二極體進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)整流。遲滯比較器輸出（V4）降低時(shí)，相移全橋式轉(zhuǎn)換器的閘極驅(qū)動(dòng)信號(hào)A及B會(huì)控制FET閘極QE及QF，而且轉(zhuǎn)換器會(huì)使用同步整流。

圖2.關(guān)閉同步整流器的簡(jiǎn)單電路

　　為說(shuō)明如何設(shè)定此電路，可將此電路運(yùn)用于如圖1所示的600W相移全橋式轉(zhuǎn)換器，其中的設(shè)計(jì)參數(shù)如下：

　　1.輸入電壓

　　2.輸出功率

　　3.輸出電壓

　　4.峰間輸出電感漣波電流

　　5.電流感知變壓器（CT）匝數(shù)比

　　6.滿載時(shí)的系統(tǒng)效率

　　此轉(zhuǎn)換器的電流感應(yīng)電阻（RS）為48.7Ohms，圖2中的電路偏壓（VBIAS）為12V。電阻R3會(huì)決定電流感應(yīng)放大器增益，選取此電阻后，V2將在0V至10V的范圍內(nèi)運(yùn)作。對(duì)于此設(shè)計(jì)，使用以下等式針對(duì)R3選擇標(biāo)準(zhǔn)電阻值11.5kOhms用于此范例。

　　平均電流感應(yīng)信號(hào)

　　電阻R5會(huì)設(shè)定近似的功率位準(zhǔn)，以停用同步FET。為防范同步整流器流入輸出電感的逆向電流，必須關(guān)閉同步整流器，以免輸出電感電流達(dá)到臨界傳導(dǎo)模式。對(duì)于此設(shè)計(jì)，輸出電源為60W時(shí)即達(dá)到臨界傳導(dǎo)模式。

　　，達(dá)到臨界傳導(dǎo)模式的功率位準(zhǔn)

　　計(jì)算電阻R5時(shí)，設(shè)定在達(dá)到臨界傳導(dǎo)模式的功率位準(zhǔn)（PC）的1.5倍時(shí)，關(guān)閉同步整流器，這是為了確保同步整流器在輸出電感達(dá)到臨界傳導(dǎo)模式前即已關(guān)閉。在此范例中，同步整流器在輸出電源約為90W時(shí)關(guān)閉。

　　針對(duì)R5選取標(biāo)準(zhǔn)電阻值1.43kOhms。

　　電阻R6會(huì)設(shè)定轉(zhuǎn)換器的遲滯，而且可能需要針對(duì)個(gè)別應(yīng)用進(jìn)行調(diào)整。在此范例中，遲滯比較器A2的遲滯約為148mV。視輸出負(fù)載及效率而定，這大約達(dá)到9W的遲滯。

　　為了評(píng)估電路的運(yùn)作效率，因此建立SPICE模型進(jìn)行評(píng)估。輸出功率（POUT）從0W到600W不等，經(jīng)過(guò)40毫秒后回復(fù)0W。接著監(jiān)控同步FETQE（QEg）及QF（QFg）節(jié)點(diǎn)V2、V3與閘極的輸出功率（POUT）及電壓。此評(píng)估顯示同步整流器QE及QF在99W輸出功率時(shí)啟用，并且在90W輸出功率時(shí)停用。波形請(qǐng)見(jiàn)圖3。

圖3.同步閘極驅(qū)動(dòng)控制

　　為了達(dá)到80PLUSPlatinum效率標(biāo)準(zhǔn)及待機(jī)功耗需求，TI已研發(fā)全新UCC28950相移全橋式控制器，以TI推出的UCC28950為例，此款裝置整合根據(jù)轉(zhuǎn)換器負(fù)載啟用及停用同步整流的電路。

　　同步整流使得電源供應(yīng)設(shè)計(jì)人員能夠達(dá)到更高效率標(biāo)準(zhǔn)，然而，若要達(dá)到零負(fù)載條件下的輸入待機(jī)電源需求，可關(guān)閉同步整流器以節(jié)省電源。本文所介紹的電路能夠根據(jù)電源轉(zhuǎn)換器的負(fù)載啟用及停用電源系統(tǒng)中的同步整流器，因此更有助于達(dá)到輸入待機(jī)功耗需求。