提高反向转换器效率的电路设计

概述：
插到墙上电源插座的普通墙上适配器每年要花去用户大约 3 美元。通过“能源之星”计划，北美许多国家正致力于降低该费用，以及减少制造该电源所带来的污染。许多墙上适配器和其他低功耗隔离式电源都使用了反向转换 器，因为其结构简单、成本较低。但是，反向转换器并非以高效率见长，低输出电压时更是如此。在那些效率至上的应用中，不要操之过急地将反向转换器从备选解 决方案中去除。只需运用一些我们都知道的小技巧，就可以将反向转换器的效率提高大约 10%。

在传统的二极管整流反向转换器中，输出二极管整流器是产生功率损耗的一个重要原因。输出二极管的平均电流等于 DC 输出电流，而峰值电流可能是其数倍，具体情况取决于占空比。肖特基二极管的二极管正向压降通 常为 0.5V，而标准 PN 结型二极管的二极管正向压降为 0.8V。这种大正向压降会带来二极管中相对较高的损耗，大大降低了效率。使用同步 MOSFET 来替代二极管可极大地降低这些传导损耗。图 1 描述了标准二极管整流反向电源如何被转换为自驱动同步反向电源。

图 1 自驱动同步反向转换
在自驱动同步反向电源中，输出二极管被一个 N 通道 MOSFET 代替，同时必须向电源变压器添加一个绕组以生成同步栅极驱动信号。相比输出二极管整流器，该同步MOSFET的低导通电阻可带来更低的传导损耗，这就极大地提高了高负载电流时的效率。

二极管整流反向结构和同步反向结构之间存在一个根本的区别，关键的波形如图 2 所示。二极管整流反向结构的输出二极管可阻止变压器二次电流回流。在轻负载状态下，当变压器的二次电流被完全放电至各循环末端的输出时，这会带来非连续电 流模式 (DCM)。同步 MOSFET 使电流能够不断地向负极方向流动，并使同步反向结构始终运行在连续电流模式 (CCM) 下，而不用考虑负载电流的大小。这种情况通常是有益的，因为控制环路增益不会像其转入 DCM 运行时一样出现下降，从而保持全动态性能（甚至在零负载状态下）。同步 MOSFET 的使用会对零点或轻负载效率产生不利影响，这是由于相对较大的 AC 电流在流动时，净 DC 输出电流极少甚至没有。同这些回路电流相关的变压器和一次侧 MOSFET 开关损耗比二极管整流反向结构中的要大，其电流在轻负载条件下会减少。

图 2 DCM 与 CCM 运行