多图解析开关电源的同步整流技术

搞懂同步整流技术其实一点也不难，今天小编就图文并茂为大家解析一下开关电源的同步整流技术。认真学习吧~

同步整流简介

高速超大规模集成电路的尺寸的不断减小，功耗的不断降低，要求供电电压也越来越低，而输出电流则越来越大。

电源本身的高输出电流、低成本、高频化（500kHz～1MHz）高功率密度、高可靠性、高效率的方向发展。

在低电压、大电流输出DC-DC变换器的整流管，其功耗占变换器全部功耗的50～60％。

用低导通电阻MOSFET代替常规肖特基整流/续流二极管，可以大大降低整流部分的功耗，提高变换器的性能，实现电源的高效率，高功率密度。

用MOSFET来代替二极管在电路中的整流功能

相对于二极管的开关算好极小

整流的时序受到MOSFET的Vgs控制，可以根据系统的需要，把整流的损耗做到最小。

例如：一个5V 30A输出的电源

同步整流简介

BUCK 同步整流电路与波形

Boost 同步整流电路与波形

Flyback 同步整流电路与波形

复位绕组Forward 同步整流电路与波形

有源钳位Forward 同步整流电路

LLC半桥同步整流电路与波形

全桥倍流同步整流电路与波形

同步整流的驱动方式

电压型自驱动同步整流电路特点

驱动电压：SR所在回路中的某一电压

要求：波形转换快，时序准确，无死区

优点：电路简单，实用，节约成本

缺点：驱动方式随电路结构而不同；受输入电压变化范围的影响；受变压器漏感影响；不能用于并联工作的SR-DC／DC变换器中；对变换器轻载时的工作有影响。存在死区，驱动波形不好，驱动电压和时序不好安排。

正激电压型自驱动同步整流电路与波形

电流型自驱动同步整流电路特点

驱动电压：SR中的电流通过电流互感器产生

优点：驱动波形无死区，不受输入电压影响，不受电路结构的影响，可用于并联运行的DC-DC变换器。驱动信号同步性好，利用电流互感器,较低的压降就能获得较高的电压检测信号,因此,检测大电流时具备很大的优势

缺点：电流检测元件有损耗， 影响电路的整体效率

电流型自驱动同步整流电路

实用反激电流型自驱动同步整流电路

半自驱动同步整流电路特点

其驱动波形的上升或下降沿，一个是由主变压器提供的信号，另一个是独立的外驱动电路提供的信号。

针对自驱的负压问题，用单独的放电回路，提供同步整流管的关断信号，避开了自驱动负压放电的电压超标问题。

正激半自驱动同步整流电路

外驱动同步整流电路特点

驱动电压：来自外设驱动电路或初级的控制IC

同步信号：主开关管的驱动信号来控制

优点：控制时序精确，SR效率较高

缺点：驱动电路复杂，有损耗，成本高，开发周期长外部驱动电路还需要供电，降低了整机的效率

反激原边隔离驱动同步整流电路

外部专用同步整流驱动IC电路

同步整流的MOSFET

损耗的计算

同步整流尖峰产生与抑制方法

MOSFET选择考虑

以BUCK同步整流电路为例来分析

BUCK同步整流管损耗计算

导通损耗取决于MOSFET的RDS(on)，计算公式如下：

IRMS是流经同步整流MOSFET的电流，而不是BUCK电路的输出电流。

BUCK同步整流管损耗计算

开通损耗计算公式如下：

关断损耗计算公式如下：

驱动损耗计算公式如下：

Coss损耗计算公式如下：

体二极管导通损耗计算公式如下：

体二极管反向恢复耗计算公式如下：

BUCK同步整流管尖峰产生的原因

VQ2关断，进入死区时间，VQ1未开通，负载电流全部流过VQ2的体二极管VD。

接着VQ1打开，VD突然被加上反压，所以产生很大的反向恢复电流，即VD的di/dt很大。

大的di/dt会在L2上产生很大的电压尖峰(L2 di/dt),此电压会叠加在Vin上

L1与L2以及VQ1的结电容C会产生谐振，谐振的电压尖峰同样会叠加在Vin上

BUCK同步整流管关断波形

抑制BUCK同步整流管关断波形尖峰

同步整流管的选择

考虑的因素.

Rds(on), Qg, temperature, Package, structure

Cost, Purchase, delivery time

对于电路来说需要考虑的因素

Topology, Operation frequency，voltage stress

current stress, thermal resistor, reliability

BUCK同步整流管的选择

选择BUCK同步整流管

1、科学的设计电路，预估各种可能存在的风险

2、对电路进行认真、细致的计算

3、建立精确的模型，借助于仿真工具来验证计算

4、选用合适的器件

5、进行全面的测试与优化