燕山大学本科生毕业设计（论文）
的输入滤波电容。图1.2给出了VRM所需的输入滤波电容与其输入电压的大致关系。
对于新一代微处理器应用场合，如果VRM的输入电压是5V，它的输入电容需要104uf数量级。这一大电容的存在会使计算机、服务器、工作站等供电系统的功率密度大大降低，效率变低，电压调节性能变差，躁声问题严重。为此，在这类数据处理电路的应用场合，低压/大电流输出的DC/DC变换器将逐渐采用高输入电压(12V、24V、48V等电压等级)，其供电结构也逐步发展为分布式供电系统。
为了达到低压/大电流输出DC/DC变换器所要求的高技术指标，在采用优化的最佳电路方案的同时，必须不断提高工艺水平和封装技术水平。采用先进技术如：磁集成技术、基板技术、扁平电容技术等，确保电源模块高技术性能指标和高可靠性的实现。
1.3 本文研究内容
本文针对计算机、通讯产品等应用场合，结合当今低压大电流DC/DC变换器发展趋势，对高输入电压，隔离式的低压/大电流输出DC/DC变换器进行了相关研究。
论文要研究的关键问题：
1.论文首先分析了同步整流的原理和特点。对自驱动同步整流进行了较详细的分析。
2.对单绕组自驱动同步整流对称半桥变换器进行稳态原理分析，给出了同步整流管的选择方法、损耗计算、及功率MOS驱动电路的布局设计。
3.对变换器进行了控制系统的分析、设计，给出了开环和闭环仿真中输出及主要器件的仿真波形。
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第2章 同步整流原理及自驱动同步整流方案选择
第2章 同步整流原理及自驱动同步整流方案选
择
概述:整流电路作为低压/大电流输出DC/DC变换器的重要组成部分，对变换器整机性能起着非常关键的作用。传统的整流电路采用功率二极管，由于二极管的通态压降较高(典型值为0.3V-1V)，因此整流损耗较大。应用低压功率MOSFET作为整流管(同步整流管)，可以有效减少低压/大电流输出DC/DC变换器整流部分损耗，使变换器获得较高的效率。本章将首先对同步整流技术作原理性分析，之后结合小功率DC/DC变换器的特点，对自驱动同步整流进行了重点分析，并结合其特点，分析选择适合与自驱动同步整流结合使用的电路拓扑。
2.1 同步整流基本原理分析
2.1.1 整流对效率的影响
如图2.1所示，分别为非隔离式和隔离式DC/DC变换器中整流部分的典型电路，(a)buck变换器；（b）副边半波整流电路。
(a)buck变换器
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(b）隔离式副边半波整流电路 图2.1 典型的整流电路
在低压/大电流输出的DC/DC变换器中，通常采用肖特基二极管(schottky)作为整流管，其典型压降为0.3V-1V(根据不同的厂家和型号，schottky正向压降也不一样)，但即使是很好的schottky，也很难获得低于0.3V的正向导通压降，因而整流管的导通损耗占总损耗很大部分比例。当然与整流部分相关的损耗还包括滤波电感绕组损耗和变压器副边绕组损耗(隔离式拓扑)，这里只考虑主要的整流管损耗。
在只考虑整流管导通损耗的情况下，可以得到变换器效率与整流管压降的近似关系为:
1?aη= (2-1)
1?VDF/V0公式中： η——变换器效率
VDF——为对应负载电流I。时，整流管的正向导通压降；
a——为去除整流管导通损耗PF以外的变换器其它损耗PTL与输入功率
PIN的比值。
由(2-1)可以看出，随着输出电压V。的进一步降低，整流管的压降VDF将更加逼近V0，变换效率逐渐降低。整流管压降较高是限制变换器效率的主要因素。
由此可见，要提高低压/大电流输出DC/DC变换器的效率，关键是减少整流部分的功耗。用低导通电阻的低压功率MOSFET代替schottky，作为整流管使用，可以有效减少整流管的导通损耗，是一个很有吸引力的的选择。
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第2章 同步整流原理及自驱动同步整流方案选择
2.1.2 同步整流提法的由来
所谓同步整流，即用MOSFET代替常规的整流二极管，根据电路拓扑的工作要求，给出开关时序作相应变化的栅极驱动信号，基于栅极驱动信号与MOSFET开关动作接近同步，称为同步整流(Synchronous Rectification，下文简称SR)。以图2.2所示的buck电路为例进行说明，(a)用schottky作为续流整流管;(b)用MOSFET作为续流整流管。
(a)Schottky 作为整流管
（b）MOSFET 作为整流管
图2.2 buck电路
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对应（b）电路图，Q1关断后，拓扑必然要求续流整流管开通，在采用MOSFET代替schottky后的图(b)电路中，此时给Q2加上开通驱动信号，使其开通，满足续流的要求。类似的，在拓扑要求整流管关断时，给MOSFET关断信号，使其关断。只要MOSFET的开关信号根据电路拓扑要求作相应变化，且开关速度足够快，就可认为DS间开关动作与电路要求保持同步，实现整流功能。
2.1.3 同步整流管的简介
在阐述同步整流工作原理之前，先说明一下作同步整流管用的MOSFET的用法：低压功率MOSFET，由于漏源极间PN结的存在，使MOSFET具有一个集成的反向体二极管。MOSFET作为整流管用时，流过电流的方向必须是从源极到漏极，而不是通常的从漏极到源极，即作为SR管使用的MOSFET工作在输出特性曲线(Output Characteristics)的第三象限。
2.1.4 典型的同步整流电路及其工作过程
图2.3是典型的同步整流电路，其中，Q1和Q2是同步整流管，D1和D2分别是Q1和Q2的体二极管，Vp是变压器原边电压，Vsec是副边电压。
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