同步整流技术的发展及应用（上）

从二十世纪末，由于MOSFET技术大幅度进步，引入开关电源技术中的同步整流技术给开关电源效率的提升带来了巨大的收益。效率提升的百分点从3%~8%，比软开关技术带来的效果要好的多。而且没有多少专利技术的限制。目前使用的同步整流有，自驱动方式的同步整流；辅助绕组控制方式的同步整流；控制IC方式的同步整流。近来已经出现了软开关技术的同步整流方式。这种软开关的含义主要指减少或消除MOSFET的开关损耗，即减少体二极管的导通时间并消除体二极管的反响恢复时间造成的损耗。它首先出现在推挽、全桥电路拓扑中，随之又出现在正激电路拓扑中。软开关方式的同步整流，由于其处理的多为大电流，低电压，所以对效率的提升比初级侧软开关处理的高电压小电流更为有效。为了更精确地控制二次侧同步整流，已有几种PWM控制IC将同步整流控制信号设计在IC内部，用外部元件调节同步整流信号的延迟时间，从而能更准确地做到同步整流的软开关控制。

此外功率半导体技术的进步使得MOSFET的导通电阻已经达到低于2mΩ，开关速度小于20ns。栅驱动电荷小于25nq的先进水平。有些MOSFET的体二极管还做成了快恢复的，这使得DC/DC变换器中只要采用同步整流技术，初级既使不用软开关技术，效果也已经很不错了。

同步整流技术已经成为现代开关电源技术的标志。凡是高水平开关电源，必定有同步整流技术。在使用面上早已不再局限于5V、3.3V、2.5V这些低输出电压领域，现在上至12V，15V，19V至24V以下输出，几乎都在使用同步整流技术。下面介绍和分析各种同步整流技术的优点、缺点及实现方法。

一．自驱动同步整流

这是最早的方法，也是最简单和成本最低廉的技术，这里给出反激、正激及推挽三种电路的同步整流电路。在正常输入电压值附近工作时，效果十分明显，在高端时，效率变坏而且容易损坏MOSFET。其电路如图1所示。输出电压小于5V时才适用。

图1. 反激、正激、推挽电路的自偏置同步整流电路

二．辅助绕组驱动的同步整流

这是改进的方法，为了防止高端输入时同步整流的MOSFET栅极上的电压过高，改用从二次侧绕组中增加驱动绕组的方式。该方式可以有效地调节驱动同步整流的MOSFET的栅压，使它在MOSFET栅压的合理区域，从而保护了MOSFET，提高了电源的可靠性，此外也将输出电压从5V扩展到24V。其工作原理如图2所示。

图2辅助绕组驱动的同步整流电路

三．控制IC方式的同步整流

为提高驱动同步整流MOSFET的效果，从而设计了各种模式的同步整流的控制驱动IC，也取得了不少成果，它将同步整流MOSFET的栅压调至最佳状态。将其开启关断也提高了时控精度，其主要的不足在于MOSFET的源极必须接地，这会加大地线上的开关噪声，并传输至电源输出端。此外其开关时序由自身输出脉冲给出，所以同步整流MOSFET的开启关断通常为硬开关，其时间会与初级侧主开关有些时间差，因此输出电压大体控制在20V以下，ST公司推出的STSR2、STSR3，以及线性技术公司的LTC3900和LTC3901即是此种控制方式的代表作品。图3和图4给出其应用电路图。

图3  STSR2,STSR3驱动同步整流的电路

图4  LTC3900和LTC3901驱动的同步整流电路