大電流同步整流原理-同步整流基本電路結(jié)構(gòu)與同步整流技術(shù)詳解-KIA MOS管
信息來源：本站 日期：2019-03-22
大電流同步整流原理，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DC／DC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(dǎo)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，故稱之為同步整流。
1、基本的變壓器抽頭方式雙端自激、隔離式降壓同步整流電路
2、單端自激、隔離式降壓同步整流電路
單端降壓同步整流器的基本原理圖
基本原理如上圖所示，V1及V2為功率MOSFET，在次級電壓的正半周，V1導(dǎo)通，V2關(guān)斷，V1起整流作用；在次級電壓的負(fù)半周，V1關(guān)斷，V2導(dǎo)通，V2起到續(xù)流作用。同步整流電路的功率損耗主要包括V1及V2的導(dǎo)通損耗及柵極驅(qū)動損耗。當(dāng)開關(guān)頻率低于1MHz時，導(dǎo)通損耗占主導(dǎo)地位；開關(guān)頻率高于1MHz時，以柵極驅(qū)動損耗為主。
3、半橋他激、倍流式同步整流電路
單端降壓式同步整流器的基本原理圖
該電路的基本特點是：
1）變壓器副邊只需一個繞組，與中間抽頭結(jié)構(gòu)相比較，它的副邊繞組數(shù)只有中間抽頭結(jié)構(gòu)的一半，所以損耗在副邊的功率相對較小；
2）輸出有兩個濾波電感，兩個濾波電感上的電流相加后得到輸出負(fù)載電流，而這兩個電感上的電流紋波有相互抵消的作用，所以，最終得到了很小的輸出電流紋波；
3）流過每個濾波電感的平均電流只有輸出電流的一半，與中間抽頭結(jié)構(gòu)相比較，在輸出濾波電感上的損耗明顯減小了；
4）較少的大電流同步整流原理連接線（high current inter-connection），在倍流整流拓?fù)渲校母边叴箅娏鬟B接線只有2路，而在中間抽頭的拓?fù)渲杏?路；
5）動態(tài)響應(yīng)很好。
它唯一的缺點就是需要兩個輸出濾波電感，在體積上相對要大些。但是，有一種叫集成磁（integrated magnetic）的方法，可以將它的兩個輸出濾波電感和變壓器都集成到同一個磁芯內(nèi)，這樣可以大大地減小變換器的體積。
大電流同步整流原理如下：從同步整流原理圖中可以看出，整流管VT3和續(xù)流管VT2的驅(qū)動電壓從變壓器的副邊繞組取出，加在MOS管的柵G和漏D之間，如果在獨立的電路中MOS管這樣應(yīng)用不能完全開通，損耗很大，但用在同步整流時是可行的簡化方案。
由于這兩個管子開關(guān)狀態(tài)互瑣，一個管子開，另一個管子關(guān)，所以我們只簡要分析電感電流連續(xù)時的開通情況，我們知道MOS管具有體內(nèi)寄生的反并聯(lián)二極管，這樣電感電流連續(xù)應(yīng)用時，MOS管在真正開通之前并聯(lián)的二極管已經(jīng)開通，把源S和漏D相對柵的電平保持一致，加在GD之間的電壓等同于加在GS之間的電壓。
這樣變壓器副邊繞組同銘端為正時，整流管VT3的柵漏電壓為正，整流管零壓開通，當(dāng)變壓器副邊繞組為負(fù)時，續(xù)流管VT2開通，濾波電感續(xù)流。
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。
講完大電流同步整流原理。下面來講講為什么要應(yīng)用同步整流技術(shù)。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(dǎo)通壓降較高，輸出端整流管的損耗尤為突出。快恢復(fù)二極管（FRD）或超快恢復(fù)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(chǎn)生大約0.6V的壓降，這就導(dǎo)致整流損耗增大，電源效率降低。
舉例說明，筆記本電腦普遍采用3.3V甚至1.8V或1.5V的供電電壓，所消耗的電流可達20A。此時超快恢復(fù)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(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DC/DC變換器提高效率的瓶頸。
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