余培 邓世国 崔波 刘华珠 张志

摘 要：本文阐述了开关电源技术领域，特别是一种适用于大电流输出的反激式同步整流开关电源。

关键词：反激式同步整流开关电源

近年来，随着电子技术的发展，使得电路的工作电压越来越低、电流越来越大。低电压工作有利于降低电路的整体功率消耗，但也给电源设计提出了新的难题。开关电源的损耗主要由3 部分组成：功率开关管的损耗，高频变压器的损耗，输出端整流管的损耗。在低电压、大电流输出的情况下，整流二极管的导通压降较高，输出端整流管的损耗尤为突出。快恢复二极管（FRD）或超快恢复二极管（SRD）可达1.0 ～ 1.2V，即使采用低压降的肖特基二极管（SBD），也会产生大约0.6V 的压降，这就导致整流损耗增大，电源效率降低。目前笔记本电脑普遍采用3.3V 甚至1.8V 或1.5V 的供电电压，所消耗的电流可达20A。此时超快恢复二极管的整流损耗已接近甚至超过电源输出功率的50%。即使采用肖特基二极管，整流管上的损耗也会达到（18%～ 40%）PO，占电源总损耗的60%以上。因此，传统的二极管整流电路已无法满足实现低电压、大电流开关电源高效率及小体积的需要，成为制约DC/DC 变换器提高效率的瓶颈。

现有开关电源都是采用专用的脉宽集成控制器，例如在电子工业出版社《新型开关电源实用技术》第62 及63 页所介绍的开关电源—应用脉宽集成控制器UC3842，它是应用电流控制（Current Mode Control） PWM 的集成电路。其存在的不足在于：需要专用脉宽集成控制器，制作成本高；需要比较大的开机及持续操作电流；外围器件要求较多，不利于微形化。

为了克服以上现有技术存在的缺点，现提供一种低成本、能耗的反激式同步整流开关电源。为此，本技术提供了一种反激式同步整流开关电源，包括初级绕组L7、次级绕组L6、同步整流电路、驱动电路、检测电路、控制电路，次级绕组L6 连接有驱动电路，同步整流电路输入端与驱动电路连接，同步整流电路输出连接次级绕组L6，检测电路设于次级绕组L6 输出端与驱动电路形成回路，其特征在于：[0006] 所述驱动电路包括辅助绕组L2-L4、整流二极管D9、滤波电容C30、滤波电容C33、PNP 型晶体管Q14、场效应管Q15、电阻R85、电阻R90、二极管D15 和二极管D16，其中辅组绕组L2-L4、 整流二极管D9、滤波电容C30 和滤波电容C33 形成一个基本的整流滤波线路给整个驱动电路供电用。所述同步整流电路包括金氧半场效晶体管Q3、金氧半场效晶体管Q4、电阻R69、电阻R72、电阻R96、电阻R97，本技术的同步整流电路使用了电阻极低的金氧半场效晶体管Q3（功率MOSFET）来取代整流二极管D9 和专用的脉宽集成控制器组成的同步整流电路能降低整流损耗，大大提高DC/DC 变换器的效率并且不存在由肖特基势垒电压而造成的死区电压。功率MOSFET 属于电压控制型器件，它在导通时的伏安特性呈线性关系。所述检测电路包括检测绕组CT1、电阻R65、电容C31、二极管D8、二极管D10、电阻R67、电阻R66 和电阻R68，检测电路能够在开关周期结束前提供切换信号。所述控制电路包括二极管D11、二极管D14、稳压管ZD3、电阻R63、电阻R70、电阻R71、电阻R73、电阻R77、电阻R78、电容C63、NPN 型晶体管Q11。所述辅助绕组L2-L4 迭加在次级绕组L6 上，整流二极管D9 的负极连接电阻R77的一端、PNP 型晶体管Q14 的发射极和二极管D14 的阳极；PNP 型晶体管Q14 的集电极连接到场效应管Q15 的D 极、二极管D15 和二极管D16 的阴极、电阻R85 和电阻R90 的一端；二极管D15 和二极管D16 的阳极、电阻R85 和电阻R90 的另一端连接到同步整流电路的金氧半场效晶体管Q3、金氧半场效晶体管Q4 的G 极；PNP 型晶体管Q14 的基极连接到电阻R77的另一端、电容C36 和电阻R78 的一端；电容C36 和电阻R78 的另一端连接到稳压管ZD3 的阴极；稳压管ZD3 的阳极连接到场效应管Q15 的G 极、电阻R71 和电阻R73 的一端、二极管D11 的阴极和NPN 型晶体管Q11 的集电极；电阻R73 的另一端连接到二极管D14 的阴极；电阻R71 的另一端和电阻R70 串接在一起连接到输出正极；二极管D11 的阳极连接到NPN 型晶体管Q11 的基极、电阻R63 的一端；电阻R63 的另一端连接到电阻R66、电阻R67 和电阻R68 的一端以及二极管D8 和二极管D10 的阴极。本技术的有益效果是：通过使用分立器件构建一个效应晶体管MOSFET 的驱动电路来驱动同步整流电路的效应晶体管MOSFET，当输出电流越大时效率提高的越多，能够提高电源的效率，减少空载功耗能，降低材料成本。

下面结合附图对本技术的具体实施方式作进一步详细的说明。如图1 所示，下面省略对基本电路描述只是围绕本技术创新点进行说明。一种反激式同步整流开关电源，包括有初级绕组L7、次级绕组L6、同步整流电路、驱动电路、检测电路，次级绕组L6 连接有驱动电路，同步整流电路输入端与驱动电路连接，同步整流电路输出连接次级绕组L6，检测电路设于次级绕组L6 输出端与驱动电路形成回路，所述驱动电路包括辅助绕组L2-L4、整流二极管D9、滤波电容C30、滤波电容C33、PNP 型晶体管Q14、场效应管Q15、电阻R85、电阻R90、二极管D15 和二极管D16，同步整流电路包括金氧半场效晶体管Q3、金氧半场效晶体管Q4、电阻R69、电阻R72、电阻R96、电阻R97 ；检测电路包括检测绕组CT1、电阻R65、电容C31、二极管D8、二极管D10、电阻R67、电阻R66 和电阻R68。所述辅助绕组L2-L4 迭加在次级绕组L6 上，整流二极管D9 的负极连接电阻R77的一端、PNP 型晶体管Q14 的发射极和二极管D14 的阳极；PNP 型晶体管Q14 的集电极连接到场效应管Q15 的D 极、二极管D15 和二极管D16 的阴极、电阻R85 和电阻R90 的一端；二极管D15 和二极管D16 的阳极、电阻R85 和电阻R90 的另一端连接到同步整流电路的金氧半场效晶体管Q3、金氧半场效晶体管Q4 的G 极；PNP 型晶体管Q14 的基极连接到电阻R77的另一端、电容C36 和电阻R78 的一端；电容C36 和电阻R78 的另一端连接到稳压管ZD3 的阴极；稳压管ZD3 的阳极连接到场效应管Q15 的G 极、电阻R71 和电阻R73 的一端、二极管D11 的阴极和NPN 型晶体管Q11 的集电极；电阻R73 的另一端连接到二极管D14 的阴极；电阻R71 的另一端和电阻R70 串接在一起连接到输出正极；二极管D11 的阳极连接到NPN 型晶体管Q11 的基极、电阻R63 的一端；电阻R63 的另一端连接到电阻R66、电阻R67 和电阻R68 的一端以及二极管D8 和二极管D10 的阴极。

本技术所述的反激式同步整流开关电源工作过程如下：辅组绕组L2-L4 和整流二极管D9、滤波电容C30、滤波电容C33 形成一个基本的整流滤波线路给整个驱动电路供电用，当输出是由变压器次级绕组L6 向输出端提供能量的时候，检测绕组CT1 会检测到主绕组的输出电流，其检测绕组CT1 会经由二极管D8、二极管D10、电阻R66、电阻R67、电阻R68 形成一个闭合回路，在电阻R66、电阻R67、电阻R68 上产生一个电压，这个电压会通过电阻R63 驱动NPN 型晶体管Q11，使得场效应管Q15 的G 极成为低电位，这个时候辅助绕组产生的电压会由电阻R77、电阻R78 和稳压管ZD3 分压，使PNP型晶体管Q14 开通使得辅助绕组产生的电压能驱动同步整流MOSFET。当变压器次级绕组L6 向输出端输出的电流降低到一个低值的时候，检测绕组CT1在电阻R66、电阻R67、电阻R68 上产生的电压将不足以使NPN 型晶体管Q11 开通，NPN 型晶体管Q11 进入截止状态，这个时候辅助绕组产生的电压会经由二极管D14 和电阻R73 到达场效应管Q15 的G 极，使场效应管Q15 进入导通状态，同时因为电阻R77、电阻R78 和稳压管ZD3 这个串行电路两端的电压差不够大而使得PNP 型晶体管Q14 进入到截止状态，这个时候同步整流MOSFET 将得不到任何驱动电压而安全关闭；此时变压器次级绕组L6 输出的电流很小，将通过MOSFET 内部的寄生二极管继续向输出供电。