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【我是工程师第三季】开关电源同步整流技术探讨及仿真
阅读: 1485 |  回复: 24 楼层直达

2017/06/16 09:49:14
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cjhk[版主]
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LV9
军长
此帖被推荐到论坛首页,作者+2积分

QQ截图20160321155901  高效、易用、便捷的电源调试助理——是德科技E36313A可编程直流电源测评

QQ截图20160321155901  在测试完智能手表的功耗之后,我发现了两个比较严重的问题……

QQ截图20160321155901  有几个人知道Tag 在不同工作状态下背后隐藏的秘密!


    休整了几天,开帖写点同步整流技术,欢迎大家共同讨论.
四通道3MHz低功耗低噪1.8V CMOS运算放大器 IO-Link数字输入集线器参考设计 低噪声稳压开关电容电压逆变器
单电流限流配电开关5-SOT-23 -40至85 带音频附件支持的USB Type-C™电源通道保护 具有40μA静态电流的 2A SIMPLE SWITCHER®、降压稳压器
12位,2.7-GSPS,RF采样模数转换器 单USB车载充电器带电缆补偿和电池短路保护 LP38798-ADJ Hi PSRR超低噪声 800mA低输入电压稳压器
2017/06/16 12:37:55
2
cjhk[版主]
电源币:623 | 积分:63 主题帖:29 | 回复帖:130
LV9
军长
    做爱快乐吗,很快乐。吸食大麻快乐吗,据说那种醉生梦死的感觉也很快乐。但是上述两种快乐都是基于感官刺激的短暂性快乐。
    人活一世,如若仅仅为了追求感官享受,那与禽兽有何区别。君不见儒家经典名言:人之异于禽兽者几希。脖子上顶着个大脑壳,不去充分的开发利用它,是否是一种浪费呢。那我们应该追求点什么呢,恒产,美妇?如果还是纠结与这些身外之物,不谈也罢。人就该去追求一些更高层面的东西,哪些东西呢?知识以及终极智慧。

2017/06/16 12:38:35
3
cjhk[版主]
电源币:623 | 积分:63 主题帖:29 | 回复帖:130
LV9
军长
    当你习惯了去思考,去学习,你会发现相较于做爱以及吸毒,思考的乐趣是无穷的。掌握某种知识,明悟某个哲理,那种乐趣是持久的,生生不息的。某一刻,你会有种和宇宙融为一体的感觉。
    既然追求知识以及顿悟智慧的感觉如此之好,为什么真正以此为座右铭的人那么少呢。因为相较于感官刺激所获得的快感,后者付出的代价太大了。你需要长期保持学习的状态,躬耕不辍,才有可能掌握知识,才有可能获得力量。
    这就是机会成本的问题,由于追求知识及智慧付出的成本过大,而感官刺激的获取成本太低了,所以很多人便选择了前者,更有甚者沉溺与感官刺激中不能自拔。
2017/06/16 12:39:32
4
cjhk[版主]
电源币:623 | 积分:63 主题帖:29 | 回复帖:130
LV9
军长

    如何才能不沉溺与感官享受呢,唯有苦行。肉体的痛苦会刺激我们的大脑,使其时时保持清醒状态。如何苦行呢,长期坚持锻炼吧。跑步,引体向上,深蹲,踢沙包,摔跤等等都是不错的锻炼方式,把它融入你的生活中,你会发现自己的精神面貌大不相同。

    我个人长期坚持锻炼,起初过度追求大重量及肌肉维度,专业书籍看了很多,后来转战自由搏击领域,慢慢发现克服自身重力的锻炼方式才是最佳的修行法门。推荐书籍《囚徒健身》。



2017/06/16 12:42:26
5
cjhk[版主]
电源币:623 | 积分:63 主题帖:29 | 回复帖:130
LV9
军长

    不过物极必反,当你过度沉溺与身体锻炼,你会发现自己又走向了另一个极端,陶醉于自我的形体塑造。大家如果不相信,可以到健身房去看看,很多肌肉形体较好的哥们经常不自主的去照镜子,这就是陶醉与自我形体的表现,如何走出这种心理状态了,这是一门课程,推荐书籍《猛男情结》。

    开场白讲了这么多废话,其实是想阐述我个人的一点观点,技术之路乃是修行之路,只有不断修行,技术水平才可不断提高。唯有努力修行,才能不负此生。

2017/06/16 12:50:16
6
cjhk[版主]
电源币:623 | 积分:63 主题帖:29 | 回复帖:130
LV9
军长

    这一帖的主题是同步整流,转入正题,开始讲解。

    同步整流技术的目的是为了降低整流二极管的导通损耗。由于功率MOS的导通压降较小,且导通阻抗较小,采用功率MOS替换整流二极管可以降低导通损耗,进一步提升开关电源的整机效率。

    但这带来了一个问题,如何实现功率MOS的开关呢?这个问题是同步整流技术的难点,也是其核心问题。最简单的方法就是使用同步整流专用芯片,这个方法很不错,但却不便于大家真正理解同步整流技术的核心。就像通过电源IC制作电源一样,很方便也很可靠,可是你并不能真正理解电源控制技术的精髓。


2017/06/16 12:57:44
7
cjhk[版主]
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LV9
军长

    那同步整流技术的核心到底是什么呢,答案是时序。通过合理的时序控制实现功率MOS的开关才是同步整流技术的真正精髓之所在。理解到这个层面,你才真正懂了同步整流技术。

    如何实现不同的时序呢,很多种手段,单片机控制,逻辑门控制,脉冲变压器控制,光耦控制等等。其实讲到这一步,整个帖子最有价值的部分已经结束了。后续的仿真只不过是用于验证上述各种控制方法而已。

2017/06/16 14:30:42
8
cjhk[版主]
电源币:623 | 积分:63 主题帖:29 | 回复帖:130
LV9
军长

    buck型同步整流

节点波形

仿真文件

buck_1.rar

2017/06/19 13:06:54
9
cjhk[版主]
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LV9
军长

    继续更新。今天讲讲交错buck型同步整流技术。

    从该拓扑的名称上看,大家可能觉得其高达上,其实就是两个buck型拓扑电源的并联,主要用于提升buck型拓扑的输出功率。

    该类电源的控制方式有两种,一种是同步驱动,一种是异步驱动(驱动信号相位角=2PI/n,n代表并联的buck拓扑个数)。

    同步式交错buck电源拓扑仿真:

节点波形:


输出波形:

仿真文件

交错buck1.rar



2017/06/19 13:15:38
10
cjhk[版主]
电源币:623 | 积分:63 主题帖:29 | 回复帖:130
LV9
军长

    接下来讲讲异步交错buck拓扑,原理其实很简单,将脉冲信号经过D触发器分频处理后驱动各功率buck拓扑,这样做的优点是可以降低输出电压的纹波。

    电路原理图仿真:

驱动波形:

输出波形:

仿真文件:

交错buck2.rar


2017/06/19 13:22:11
11
cjhk[版主]
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LV9
军长

    从两种控制方式的输出仿真波形来看,貌似同步驱动式交错buck的输出纹波电压更小,这与很多技术文档上的描述相反,不知问题出在哪里,望诸位看官指点。

    接下来讲讲boost型同步整流技术,其实控制原理大同小异,只不过是拓扑结构换成了Boost拓扑。仿真电路原理图如下:

节点波形:

输出波形:

仿真文件:

boost_1.rar


2017/06/19 13:25:45
12
cjhk[版主]
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LV9
军长

    buck型同步整流电路和boost同步整流电路对比,可以发现后者输出电压纹波较大,这是boost拓扑与生俱来的问题。

    目前使用的仿真软件采用的是LTSPICE,个人觉得其仿真性能优于multisim以及saber,上手稍微难一点,但确实无愧于为开关电源仿真量身定制这一称号。收敛性极佳,且仿真速度较快,几乎不占用太多的电脑资源,最最关键的是它是开源的,开源的,开源的。

2017/06/20 12:52:19
13
cjhk[版主]
电源币:623 | 积分:63 主题帖:29 | 回复帖:130
LV9
军长

    继续更新。先纠正一个错误,上一帖关于boost同步整流中,续流功率MOS的漏极和源极的方向反了,虽然也能正常工作,但是由于续流功率MOS体二极管的开通速度比功率MOS的开通速度快,所以输出的纹波脉冲要小。

    今天将同步驱动式boost电源的仿真共享给大家,原理和buck型同步驱动类似,仿真电路如下:

驱动波形:

电感波形:

输出波形:

仿真文件:

交错 boost_1.rar


2017/06/20 12:59:53
14
cjhk[版主]
电源币:623 | 积分:63 主题帖:29 | 回复帖:130
LV9
军长

    仔细观察上电瞬间的输出冲击电压,是否感觉有点大,为什么呢?

    答案就是上电瞬间续流功率MOS的开通速度相对与肖特基二极管或者快恢复二极管的开关速度还是慢了一点,所以才会出现上电瞬间输出冲击电压过大的现象.

    怎么解决呢,在续流功率MOS上并联一肖特基或快恢复二极管即可。

仿真原理图如下:

输出波形:

仿真文件:


2017/06/20 13:06:53
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cjhk[版主]
电源币:623 | 积分:63 主题帖:29 | 回复帖:130
LV9
军长

    接下来是异步驱动式交错boost电源拓扑,仿真电路如下:

驱动波形:

电感波形:

输出波形:

仿真文件:

交错 boost_2.rar


2017/06/20 13:11:38
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cjhk[版主]
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LV9
军长

    单纯的buck-boost电源拓扑是没有同步整流拓扑的,需要进行适当的变形之后才能实现同步整流技术,这里就不详细分析了。把buck-boost的拓扑共享给大家,仿真电路如下:

仿真文件:

buck_boost_1.rar


2017/06/20 13:21:11
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cjhk[版主]
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LV9
军长

    前面几帖讲解的同步整流技术均是基于逻辑芯片实现驱动的,接下来讲讲通过变压器驱动功率MOS实现同步整流的技术。

    依旧是先从buck型同步整流拓扑开始,仿真电路如下:

驱动波形:

电感波形:

输出波形:

仿真文件:

buck_transformer.rar



2017/06/20 13:27:29
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cjhk[版主]
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LV9
军长

    基于变压器驱动的交错型buck拓扑仿真,电路原理图:

驱动波形:


电感波形:


输出电压电流波形:

仿真文件:

交错 buck_transformer.rar







2017/06/22 12:50:21
19
cjhk[版主]
电源币:623 | 积分:63 主题帖:29 | 回复帖:130
LV9
军长

    基于光耦驱动的buck型同步整流:

电路原理图:

驱动波形:

电感波形:

仿真文件:

buck_OPT.rar

2017/06/22 12:55:07
20
cjhk[版主]
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LV9
军长

    交错并联式buck型拓扑电源仿真如下:

电路原理图:

驱动波形:

电感波形:


输出波形:

仿真文件:

交错 buck_OPT.rar

2017/06/22 16:35:17
21
liujij
电源币:10 | 积分:0 主题帖:6 | 回复帖:94
LV4
连长

认真学习,谢谢分享!

2017/06/25 15:53:08
22
徐大侠
电源币:0 | 积分:3 主题帖:0 | 回复帖:10
LV2
班长
占个沙发,认真学习。
2017/06/29 14:49:56
23
cjhk[版主]
电源币:623 | 积分:63 主题帖:29 | 回复帖:130
LV9
军长

反激型同步整流,常规方法是通过变压器驱动实现次级功率MOS的开关,仿真电路如下图:

节点波形:

输出波形:

仿真文件:

flyback_同步.zip

2017/06/29 14:54:07
24
cjhk[版主]
电源币:623 | 积分:63 主题帖:29 | 回复帖:130
LV9
军长

正激型电源同步整流仿真,仿真原理图:

节点波形:

输出波形:

仿真文件:

forward.zip

2017/06/29 15:10:58
25
cjhk[版主]
电源币:623 | 积分:63 主题帖:29 | 回复帖:130
LV9
军长

推挽式开关电源的同步整流电路仿真:

仿真原理图:

节点波形:

输出波形:

仿真文件:

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