图 2 使用肖特基二极管和SR-MOSFET输出整流的简化反向波形

我们可以对反向转换器进行设计，让它可以根据终端应用要求工作在不同模式下。对于工作在连续导电模式（CCM）下的设计来说，变压器二次绕组的电流在一次侧MOSFET开启以前不会降至零，从而导致一定时间的交叉导电。在这类转换器中实现同步整流后，一旦一次侧开关开启SR MOSFET马上就要关闭，这点极为重要。这样可以防止出现反向导电，并控制额外功耗和器件应力。“绿色整流器”的同步功能检测到一次侧导通跃迁后，关闭SR MOSFET。图3描述了SR门关断跃迁现在如何受到一次侧同步信号的控制，而不受VDS检测的控制。

如前所述，实现同步整流可能会降低轻载效率和空载功耗。轻载或者空载功耗的主要原因是SR-MOSFET开关和SR控制器IC偏置。“绿色整流器”成功地解决了这些问题，方法是：（1）使用一个自动轻载检测电路，在其导电时间降至某个阈值以下时关闭SR MOSFET的门开关；（2）使用EN功能，让IC进入睡眠模式，消除静态功耗。轻载检测电路对每个开关周期的SR导电时间和设定最小“导通”时间（MOT）进行比较。当负载降低时，二次导电时间短于MOT，且下一个SR门脉冲失效。利用控制器IC的EN功能，可实现进一步降低空载功耗。我们可以使用一种MOSFET漏极电压的简易均衡电路，空载状态下让IC进入睡眠模式，从而将IC的偏置电流消耗限制在100 µA。利用这种方法，可以再降低10mW的空载功耗。提高空载性能的最后一步是添加一个低电流肖特基二极管，并与SR MOSFET并联在一起。

图 3 一次侧同步的典型 CCM 反向波形

例如，我们使用两个控制器芯片组（TI UCC28610和UCC24610），为平板电脑终端应用设计一种3A额定电流的USB充电器。访问本文末尾的网站地址，可以查看到这种充电器的参考设计（PMP4305）。UCC24610非常适合于那些使用5-V反向开关模式电源的应用，并且可以工作在4.75到5.25 V规定USB电压范围内。因此，这种SR控制器直接偏置于转换器输出，无需在主电源变压器上安装辅助绕组。这种控制器还允许使用两个消隐计时器的外部编程，防止导通和关断过渡期间检测到的VDS振铃引起SR伪触发。图4显示了满负载状态下PMP4305的典型功率级波形。IC控制方案不受导通时VDS信号的严重振铃所影响，因为可编程MOT计时器在此期间禁用了VTHOFF比较器。
 
图 4 PMP4305 满负载波形

图5显示了115V和230V AC线压状态下SR-MOSFET和肖特基二极管输出整流效率之间的对比情况。实现同步整流，可在满负载到约25%满负载范围内实现80%以上的效率。另外，在这一负载范围内，通过肖特基二极管整流可实现3到5个百分点的效率提高。
 
图 5 肖特基二极管与同步整流（SR）系统效率对比图

结论

消费类设备USB充电解决方案正受到越来越多人的关注。拥有多个USB接口的10W到25W充电器通用标准，可为多种设备供电，无需为每一种新的电子设备都配备一个新的墙上充电器。我们需要使用一些高效率的AC/DC转换器，才能满足高密度小型适配不断发展的需求。如UCC24610“绿色整流器”等器件，可以帮助提高AC/DC转换器效率，并实现高密度USB充电器设计。