傳統二極管整流問題

 

近年來

，電子技術的發展
，使得電路的工作電壓越來越低、電流越來越大。低電壓工作有利於降低電路的整體功率消耗
，但也給電源設計提出了新的難題。

 

開關電源的損耗主要由3部分組成：功率開關管的損耗，高頻變壓器的損耗，輸出端整流管的損耗。在低電壓、大電流輸出的情況下，整流二極管的導通壓降較高
，輸出端整流管的損耗尤為突出。快恢複二極管（FRD）或超快恢複二極管（SRD）可達1.0～1.2V，即使采用低壓降的肖特基二極管（SBD），也會產生大約0.6V的壓降

，這就導致整流損耗增大
，電源效率降低。

 

問題舉例

 

但設采用3.3V甚至1.8V或1.5V的供電電壓，所消耗的電流可達20A。此時超快恢複二極管的整流損耗已接近甚至超過電源輸出功率的50％。即使采用肖特基二極管，整流管上的損耗也會達到（18％～40％）PO，占電源總損耗的60％以上。因此，傳統的二極管整流電路已無法滿足實現低電壓、大電流開關電源高效率及小體積的需要


，成為製約DC／DC變換器提高效率的瓶頸。

 

同步整流技術引言

 

在電源轉換領域，輸出直流電壓不高的隔離式轉換器都使用 MOSFET作為整流器件。由於這些器件上的導通損耗較小，能夠提高效率因而應用越來越廣泛

；

 

為了這種電路能夠正常運作，必須對同步整流器（SR）加(jia)以(yi)控(kong)製(zhi)
，這(zhe)是(shi)基(ji)本(ben)的(de)要(yao)求(qiu)。同(tong)步(bu)整(zheng)流(liu)器(qi)是(shi)用(yong)來(lai)取(qu)代(dai)二(er)極(ji)管(guan)的(de)，所(suo)以(yi)必(bi)須(xu)選(xuan)擇(ze)適(shi)當(dang)的(de)方(fang)法(fa)，按(an)照(zhao)二(er)極(ji)管(guan)的(de)工(gong)作(zuo)規(gui)律(lv)來(lai)驅(qu)動(dong)同(tong)步(bu)整(zheng)流(liu)器(qi)。驅(qu)動(dong)信(xin)號(hao)必(bi)須(xu)用(yong)PWM控製信號來形成，而PWM控製信號決定著開關型電路的不同狀態。

 

同步整流器件的特點

 

同步整流技術就是采用低導通電阻的功率MOS管代替開關變換器快恢複二極管
，起整流管的作用
，從而達到降低整流損耗
，提高效率的目的。通常，變換器的主開關管也采用功率MOS管，但是二者還是有一些差異的。

 

功率MOS管實際上是一個雙向導電器件，由於工作原理的不同，而導致了其他一些方麵的差異。例如：作為主開關的MOS管通常都是硬開關，因此要求開關速度快
，以減小開關損耗；而作為整流/續流用的同步MOS管，則要求MOS管具有低導通電阻、體二極管反向恢複電荷小、柵極電阻小和開關特性好等特點，因此

，雖然兩者都是MOS管，但是它們的工作特性和損耗機理並不一樣，對它們的性能參數要求也不一樣，認識這一點，對於如何正確選用MOS管是有益的。

 

同步整流的基本電路結構

 

同步整流是采用通態電阻極低的專用功率MOSFET
，來取代整流二極管以降低整流損耗的一項新技術。它能大大提高DC／DC變換器的效率並且不存在由肖特基勢壘電壓而造成的死區電壓。功率MOSFET屬於電壓控製型器件，它在導通時的伏安特性呈線性關係。用功率MOSFET做整流器時

，要求柵極電壓必須與被整流電壓的相位保持同步才能完成整流功能，故稱之為同步整流。

 

工作方式的比較

 

傳統的同步整流方案基本上都是PWM型同步整流，主開關與同步整流開關的驅動信號之間必須設置一定的死區時間

，以避免交叉導通，因此，同步整流MOS管就存在體二極管導通和反向恢複等問題，從而降低同步整流電路的性能。

 

雙端自激、隔離式同步整流電路

 

 

實際舉例（反激同步整流設計 ）

 

基本的反激電路結構

 

 

一種實際的外驅電路

 

 

增加驅動能力的外驅電路

 

 

由NMOSFET構成的反激同步整流自驅動電路結構

 

 

由PMOSFET構成的反激同步整流自驅動電路結構

 

 

反激同步整流驅動電路選擇

 

同步整流管的驅動方式有三種：第一種是外加驅動控製電路
，優點是其驅動波形的質量高，調試方便。缺點是：電路複雜
，成本高，在追求小型化和低成本的今天隻有研究價值，基本沒有應用價值。上圖是簡單的外驅電路，R1D1用於調整死區。該電路的驅動能力較小，在同步整流管的Ciss較小時，可以使用。圖6是在圖5的基礎上增加副邊推挽驅動電路的結構，可以驅動Ciss較大的MOSFET。在輸出電壓低於5V時
，需要增加驅動電路供電電源。

 

第二種是自驅動同步整流。優點是直接由變壓器副邊繞組驅動或在主變壓器上加獨立驅動繞組
，電路簡單、成cheng本ben低di和he自zi適shi應ying驅qu動dong是shi主zhu要yao優you勢shi，在zai商shang業ye化hua產chan品pin中zhong廣guang泛fan使shi用yong。缺que點dian是shi電dian路lu調tiao試shi的de柔rou性xing較jiao少shao
，在zai寬kuan輸shu入ru低di壓ya範fan圍wei時shi，有you些xie波bo形xing需xu要yao附fu加jia限xian幅fu整zheng形xing電dian路lu才cai能neng滿man足zu驅qu動dong要yao求qiu。由you於yuVgs的(de)正(zheng)向(xiang)驅(qu)動(dong)都(dou)正(zheng)比(bi)於(yu)輸(shu)出(chu)電(dian)壓(ya)
，調(tiao)節(jie)驅(qu)動(dong)繞(rao)組(zu)的(de)匝(za)數(shu)可(ke)以(yi)確(que)定(ding)比(bi)例(li)係(xi)數(shu)，且(qie)輸(shu)出(chu)電(dian)壓(ya)都(dou)是(shi)很(hen)穩(wen)定(ding)的(de)
，所(suo)以(yi)驅(qu)動(dong)電(dian)壓(ya)也(ye)很(hen)穩(wen)定(ding)。比(bi)較(jiao)麻(ma)煩(fan)的(de)是(shi)負(fu)向(xiang)電(dian)壓(ya)可(ke)能(neng)會(hui)超(chao)標(biao)，需(xu)要(yao)在(zai)設(she)計(ji)變(bian)壓(ya)器(qi)變(bian)比(bi)時(shi)考(kao)慮(lv)驅(qu)動(dong)負(fu)壓(ya)幅(fu)度(du)。

 

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