【我是工程師第三季】開關電源同步整流技術探討及仿真
休整了幾天,開帖寫點同步整流技術,歡迎大家共同討論.
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@hello-no1
做愛快樂嗎，很快樂。吸食大麻快樂嗎，據說那種醉生夢死的感覺也很快樂。但是上述兩種快樂都是基于感官刺激的短暫性快樂。 人活一世，如若僅僅為了追求感官享受，那與禽獸有何區別。君不見儒家經典名言：人之異于禽獸者幾希。脖子上頂著個大腦殼，不去充分的開發利用它，是否是一種浪費呢。那我們應該追求點什么呢，恒產，美婦？如果還是糾結與這些身外之物，不談也罷。人就該去追求一些更高層面的東西，哪些東西呢？知識以及終極智慧。
當你習慣了去思考，去學習，你會發現相較于做愛以及吸毒，思考的樂趣是無窮的。掌握某種知識，明悟某個哲理，那種樂趣是持久的，生生不息的。某一刻，你會有種和宇宙融為一體的感覺。
既然追求知識以及頓悟智慧的感覺如此之好，為什么真正以此為座右銘的人那么少呢。因為相較于感官刺激所獲得的快感，后者付出的代價太大了。你需要長期保持學習的狀態，躬耕不輟，才有可能掌握知識，才有可能獲得力量。
這就是機會成本的問題，由于追求知識及智慧付出的成本過大，而感官刺激的獲取成本太低了，所以很多人便選擇了前者，更有甚者沉溺與感官刺激中不能自拔。
既然追求知識以及頓悟智慧的感覺如此之好，為什么真正以此為座右銘的人那么少呢。因為相較于感官刺激所獲得的快感，后者付出的代價太大了。你需要長期保持學習的狀態，躬耕不輟，才有可能掌握知識，才有可能獲得力量。
這就是機會成本的問題，由于追求知識及智慧付出的成本過大，而感官刺激的獲取成本太低了，所以很多人便選擇了前者，更有甚者沉溺與感官刺激中不能自拔。
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@hello-no1
當你習慣了去思考，去學習，你會發現相較于做愛以及吸毒，思考的樂趣是無窮的。掌握某種知識，明悟某個哲理，那種樂趣是持久的，生生不息的。某一刻，你會有種和宇宙融為一體的感覺。 既然追求知識以及頓悟智慧的感覺如此之好，為什么真正以此為座右銘的人那么少呢。因為相較于感官刺激所獲得的快感，后者付出的代價太大了。你需要長期保持學習的狀態，躬耕不輟，才有可能掌握知識，才有可能獲得力量。 這就是機會成本的問題，由于追求知識及智慧付出的成本過大，而感官刺激的獲取成本太低了，所以很多人便選擇了前者，更有甚者沉溺與感官刺激中不能自拔。
如何才能不沉溺與感官享受呢，唯有苦行。肉體的痛苦會刺激我們的大腦，使其時時保持清醒狀態。如何苦行呢，長期堅持鍛煉吧。跑步，引體向上，深蹲，踢沙包，摔跤等等都是不錯的鍛煉方式，把它融入你的生活中，你會發現自己的精神面貌大不相同。
我個人長期堅持鍛煉，起初過度追求大重量及肌肉維度，專業書籍看了很多，后來轉戰自由搏擊領域，慢慢發現克服自身重力的鍛煉方式才是最佳的修行法門。推薦書籍《囚徒健身》。
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@hello-no1
如何才能不沉溺與感官享受呢，唯有苦行。肉體的痛苦會刺激我們的大腦，使其時時保持清醒狀態。如何苦行呢，長期堅持鍛煉吧。跑步，引體向上，深蹲，踢沙包，摔跤等等都是不錯的鍛煉方式，把它融入你的生活中，你會發現自己的精神面貌大不相同。 我個人長期堅持鍛煉，起初過度追求大重量及肌肉維度，專業書籍看了很多，后來轉戰自由搏擊領域，慢慢發現克服自身重力的鍛煉方式才是最佳的修行法門。推薦書籍《囚徒健身》。
不過物極必反，當你過度沉溺與身體鍛煉，你會發現自己又走向了另一個極端，陶醉于自我的形體塑造。大家如果不相信，可以到健身房去看看，很多肌肉形體較好的哥們經常不自主的去照鏡子，這就是陶醉與自我形體的表現，如何走出這種心理狀態了，這是一門課程，推薦書籍《猛男情結》。
開場白講了這么多廢話，其實是想闡述我個人的一點觀點，技術之路乃是修行之路，只有不斷修行，技術水平才可不斷提高。唯有努力修行，才能不負此生。
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@hello-no1
不過物極必反，當你過度沉溺與身體鍛煉，你會發現自己又走向了另一個極端，陶醉于自我的形體塑造。大家如果不相信，可以到健身房去看看，很多肌肉形體較好的哥們經常不自主的去照鏡子，這就是陶醉與自我形體的表現，如何走出這種心理狀態了，這是一門課程，推薦書籍《猛男情結》。 開場白講了這么多廢話，其實是想闡述我個人的一點觀點，技術之路乃是修行之路，只有不斷修行，技術水平才可不斷提高。唯有努力修行，才能不負此生。
這一帖的主題是同步整流，轉入正題，開始講解。
同步整流技術的目的是為了降低整流二極管的導通損耗。由于功率MOS的導通壓降較小，且導通阻抗較小，采用功率MOS替換整流二極管可以降低導通損耗，進一步提升開關電源的整機效率。
但這帶來了一個問題，如何實現功率MOS的開關呢？這個問題是同步整流技術的難點，也是其核心問題。最簡單的方法就是使用同步整流專用芯片，這個方法很不錯，但卻不便于大家真正理解同步整流技術的核心。就像通過電源IC制作電源一樣，很方便也很可靠，可是你并不能真正理解電源控制技術的精髓。
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@hello-no1
這一帖的主題是同步整流，轉入正題，開始講解。 同步整流技術的目的是為了降低整流二極管的導通損耗。由于功率MOS的導通壓降較小，且導通阻抗較小，采用功率MOS替換整流二極管可以降低導通損耗，進一步提升開關電源的整機效率。 但這帶來了一個問題，如何實現功率MOS的開關呢？這個問題是同步整流技術的難點，也是其核心問題。最簡單的方法就是使用同步整流專用芯片，這個方法很不錯，但卻不便于大家真正理解同步整流技術的核心。就像通過電源IC制作電源一樣，很方便也很可靠，可是你并不能真正理解電源控制技術的精髓。
那同步整流技術的核心到底是什么呢，答案是時序。通過合理的時序控制實現功率MOS的開關才是同步整流技術的真正精髓之所在。理解到這個層面，你才真正懂了同步整流技術。
如何實現不同的時序呢，很多種手段，單片機控制，邏輯門控制，脈沖變壓器控制，光耦控制等等。其實講到這一步，整個帖子最有價值的部分已經結束了。后續的仿真只不過是用于驗證上述各種控制方法而已。
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@hello-no1
繼續更新。今天講講交錯buck型同步整流技術。 從該拓撲的名稱上看，大家可能覺得其高達上，其實就是兩個buck型拓撲電源的并聯，主要用于提升buck型拓撲的輸出功率。 該類電源的控制方式有兩種，一種是同步驅動，一種是異步驅動（驅動信號相位角＝2PI/n,n代表并聯的buck拓撲個數）。 同步式交錯buck電源拓撲仿真：[圖片]節點波形：[圖片]輸出波形：[圖片]仿真文件交錯buck1.rar
接下來講講異步交錯buck拓撲，原理其實很簡單，將脈沖信號經過D觸發器分頻處理后驅動各功率buck拓撲，這樣做的優點是可以降低輸出電壓的紋波。
電路原理圖仿真：
驅動波形：
仿真文件：
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@hello-no1
接下來講講異步交錯buck拓撲，原理其實很簡單，將脈沖信號經過D觸發器分頻處理后驅動各功率buck拓撲，這樣做的優點是可以降低輸出電壓的紋波。 電路原理圖仿真：[圖片]驅動波形：[圖片]輸出波形：[圖片]仿真文件：交錯buck2.rar
從兩種控制方式的輸出仿真波形來看，貌似同步驅動式交錯buck的輸出紋波電壓更小，這與很多技術文檔上的描述相反，不知問題出在哪里，望諸位看官指點。
接下來講講boost型同步整流技術，其實控制原理大同小異，只不過是拓撲結構換成了Boost拓撲。仿真電路原理圖如下：
節點波形：
輸出波形：
仿真文件：
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@hello-no1
從兩種控制方式的輸出仿真波形來看，貌似同步驅動式交錯buck的輸出紋波電壓更小，這與很多技術文檔上的描述相反，不知問題出在哪里，望諸位看官指點。 接下來講講boost型同步整流技術，其實控制原理大同小異，只不過是拓撲結構換成了Boost拓撲。仿真電路原理圖如下：[圖片]節點波形：[圖片]輸出波形：[圖片]仿真文件：boost_1.rar
buck型同步整流電路和boost同步整流電路對比，可以發現后者輸出電壓紋波較大，這是boost拓撲與生俱來的問題。
目前使用的仿真軟件采用的是LTSPICE，個人覺得其仿真性能優于multisim以及saber，上手稍微難一點，但確實無愧于為開關電源仿真量身定制這一稱號。收斂性極佳，且仿真速度較快，幾乎不占用太多的電腦資源，最最關鍵的是它是開源的，開源的，開源的。
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@hello-no1
buck型同步整流電路和boost同步整流電路對比，可以發現后者輸出電壓紋波較大，這是boost拓撲與生俱來的問題。 目前使用的仿真軟件采用的是LTSPICE，個人覺得其仿真性能優于multisim以及saber，上手稍微難一點，但確實無愧于為開關電源仿真量身定制這一稱號。收斂性極佳，且仿真速度較快，幾乎不占用太多的電腦資源，最最關鍵的是它是開源的，開源的，開源的。
繼續更新。先糾正一個錯誤，上一帖關于boost同步整流中，續流功率MOS的漏極和源極的方向反了，雖然也能正常工作，但是由于續流功率MOS體二極管的開通速度比功率MOS的開通速度快，所以輸出的紋波脈沖要小。
今天將同步驅動式boost電源的仿真共享給大家，原理和buck型同步驅動類似，仿真電路如下：
驅動波形：
電感波形：
輸出波形：
仿真文件：
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@hello-no1
繼續更新。先糾正一個錯誤，上一帖關于boost同步整流中，續流功率MOS的漏極和源極的方向反了，雖然也能正常工作，但是由于續流功率MOS體二極管的開通速度比功率MOS的開通速度快，所以輸出的紋波脈沖要小。 今天將同步驅動式boost電源的仿真共享給大家，原理和buck型同步驅動類似，仿真電路如下：[圖片]驅動波形：[圖片]電感波形：[圖片]輸出波形：[圖片]仿真文件：交錯boost_1.rar
仔細觀察上電瞬間的輸出沖擊電壓，是否感覺有點大，為什么呢？
答案就是上電瞬間續流功率MOS的開通速度相對與肖特基二極管或者快恢復二極管的開關速度還是慢了一點，所以才會出現上電瞬間輸出沖擊電壓過大的現象.
怎么解決呢，在續流功率MOS上并聯一肖特基或快恢復二極管即可。
仿真原理圖如下：
輸出波形：
仿真文件：
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