第18章 開關(guān)電源同步整流技術(shù)

1、傳統(tǒng)二極管整流問題傳統(tǒng)二極管整流問題 近年來，電子技術(shù)的發(fā)展，使得電路的工作電壓越來越低、電流越來越大。低電壓工作有利于降低電路的整體功率消耗，但也給電源設(shè)計提出了新的難題。 開關(guān)電源的損耗主要由3部分組成：功率開關(guān)管的損耗，高功率開關(guān)管的損耗，高頻變壓器的損耗，輸出端整流管的損耗頻變壓器的損耗，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?？旎謴投O管（FRD）或超快恢復二極管（SRD）可達1.01.2V，即使采用低壓降的肖特基二極管（SBD），也會產(chǎn)生大約0.6V的壓降，這就導致整流損耗增大，電源效率降低。問題舉例問題舉例 假設(shè)采用

2、3.3V甚至1.8V或1.5V的供電電壓，所消耗的電流可達20A。此時超快恢復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（1840）PO，占電源總損耗的60以上。因此，傳統(tǒng)的二極管整流電路已無法滿足實現(xiàn)低電壓、大電流開關(guān)電源高效率及小體積的需要，成為制約DCDC變換器提高效率的瓶頸。 同步整流技術(shù)引言同步整流技術(shù)引言l在電源轉(zhuǎn)換領(lǐng)域，輸出直流電壓不高的隔離式轉(zhuǎn)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；l為了這種電路能夠正常運作，必須對同步整流器（SR）加以控制，這是基本的要求。同步整流

3、器是用來取代二極管的，所以必須選擇適當?shù)姆椒?，按照二極管的工作規(guī)律來驅(qū)動同步整流器。驅(qū)動信號必須用PWM控制信號來形成，而PWM控制信號決定著開關(guān)型電路的不同狀態(tài)。 同步整流器件的特點同步整流器件的特點l同步整流技術(shù)就是采用低導通電阻的功率MOS管代替開關(guān)變換器快恢復二極管，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(guān)管也采用功率MOS管，但是二者還是有一些差異的。l功率MOS管實際上是一個雙向?qū)щ娖骷捎诠ぷ髟淼牟煌?，而導致了其他一些方面的差異。例如：作為主開關(guān)的MOS管通常都是硬開關(guān)，因此要求開關(guān)速度快，以減小開關(guān)損耗；而作為整流/續(xù)流用的同步MOS管，則

4、要求MOS管具有低導通電阻、體二極管反向恢復電荷小、柵極電阻小和開關(guān)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并不一樣，對它們的性能參數(shù)要求也不一樣，認識這一點，對于如何正確選用MOS管是有益的。同步整流的基本電路結(jié)構(gòu)同步整流的基本電路結(jié)構(gòu) l同步整流是采用通態(tài)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(shù)。它能大大提高DCDC變換器的效率并且不存在由肖特基勢壘電壓而造成的死區(qū)電壓。功率MOSFET屬于電壓控制型器件，它在導通時的伏安特性呈線性關(guān)系。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，

5、故稱之為同步整流。工作方式的比較工作方式的比較l傳統(tǒng)的同步整流方案基本上都是PWM型同步整流，主開關(guān)與同步整流開關(guān)的驅(qū)動信號之間必須設(shè)置一定的死區(qū)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復等問題，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雙端自激、隔離式同步整流電路實際舉例（反激同步整流設(shè)計實際舉例（反激同步整流設(shè)計 ）l 低壓大電流DC-DC模塊電源一直占模塊電源市場需求的一半左右，對其相關(guān)技術(shù)的研究有著重要的應用價值。模塊電源的高效率是各廠家產(chǎn)品的亮點，也是業(yè)界追逐的重要目標之一。同步整流可有效減少整流損耗，與適當?shù)碾娐吠負浣Y(jié)合，可得到低成本的

6、高效率變換器。本文針對36V-75V輸入，3.3V/15A輸出的二次電源模塊，在分析同步整流技術(shù)的基礎(chǔ)上，根據(jù)同步整流的特點，選擇出適合于自驅(qū)動同步整流的反激電路拓撲，進行了詳細的電路分析和試驗。 基本的反激電路結(jié)構(gòu)基本的反激電路結(jié)構(gòu)一種實際的外驅(qū)電路一種實際的外驅(qū)電路 增加驅(qū)動能力的外驅(qū)電路增加驅(qū)動能力的外驅(qū)電路由由NMOSFET構(gòu)成的反激同步整構(gòu)成的反激同步整流自驅(qū)動電路結(jié)構(gòu)流自驅(qū)動電路結(jié)構(gòu)由由PMOSFET構(gòu)成的反激同步整構(gòu)成的反激同步整流自驅(qū)動電路結(jié)構(gòu)流自驅(qū)動電路結(jié)構(gòu) 反激同步整流驅(qū)動電路選擇 l同步整流管的驅(qū)動方式有三種：第一種是外加驅(qū)動控制電路，優(yōu)點是其驅(qū)動波形的質(zhì)量高，調(diào)試方便。

7、缺點是：電路復雜，成本高，在追求小型化和低成本的今天只有研究價值，基本沒有應用價值。上圖是簡單的外驅(qū)電路，R1D1用于調(diào)整死區(qū)。該電路的驅(qū)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(chǔ)上增加副邊推挽驅(qū)動電路的結(jié)構(gòu)，可以驅(qū)動Ciss較大的MOSFET。在輸出電壓低于5V時，需要增加驅(qū)動電路供電電源。反激同步整流驅(qū)動電路選擇l第二種是自驅(qū)動同步整流。優(yōu)點是直接由變壓器副邊繞組驅(qū)動或在主變壓器上加獨立驅(qū)動繞組，電路簡單、成本低和自適應驅(qū)動是主要優(yōu)勢，在商業(yè)化產(chǎn)品中廣泛使用。缺點是電路調(diào)試的柔性較少，在寬輸入低壓范圍時，有些波形需要附加限幅整形電路才能滿足驅(qū)動要求。由于Vgs的正向驅(qū)動都正比于輸出電壓，調(diào)節(jié)驅(qū)動繞組的匝數(shù)可以確定比例系數(shù)，且輸出電壓都是很穩(wěn)定的，所以驅(qū)動電壓也很穩(wěn)定。比較麻煩的是負向電壓可能會超標，需要在設(shè)計變壓器變比時考慮驅(qū)動負壓幅度。反激同步