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1、现代高频开关电源之同步整流技术SynchronousRectifier(SR)TechnologyByDQATerryWang2010-02-01传统二极管整流电路面临的问题同步整流技术及其特点同步整流的基本原理同步整流的类别和说明典型电路实例分析同步整流的功率MOSFET最新进展GW-EPS1000DA(90+)同步整流设计分析同步整流典型案例分享Agenda目录随着电子技术的发展，使得电路的工作电压越来越低、电流越来越大。低电压工作利于降低电路的整体功率消耗，但也给电源设计提出了新的难题。一、传统二极管整流电路面临的问题开关电源损耗主要来源在低压、大电流输出的
2、情况下，整流二极管的导通压降较高，输出端整流管的损耗尤为突出。快恢复二极管（FRD）或超快恢复二极管（UFRD）可达1.0～1.2V，即使采用低压降的肖特基二极管（SBD），也会产生大约0.6V的压降，这就导致整流损耗增大，电源效率降低。功率开关管高频变压器输出端整流管SBD(UF=0.4V)Uo(V)53.30.8PF/Po=UF/Uo(%)81250功率MOSFET（UF=0.1)Uo(V)3.31.81.5PF/Po=UF/Uo(%)35.556.66公式推导:忽略输出整流电路的开关损耗时,则PF/PO=UFIF/UOIO.其中PF与PO分别为SBD的功耗及
3、DC/DCPWM转换的输出功率.对于某些整流电路,如中点抽头全波整流电路,有IF=IO则有PF/Po=UF/Uo.即UF/Uo反映了功率比PF/Po的大小.典型MOS管与SBD导通压降比较二、同步整流技术及其特点同步整流技术概念同步整流是采用通态电阻极低的专用功率MOSFET，来取代整流二极管以降低整流损耗的一项新技术。同步整流管体内也有寄生二极管,其反向恢复电流引起的开关损耗取决于当AK间电压变负向的时候运载电流大小,功率MOS管属于压控型器件,在导通时的伏安特性呈线性关系。作整流器用的功率MOS管,要完成整流功能,栅极电压必须与被整流电压的相位保持同步，即具有
4、同步整流特性同步整流技术特点2.高效整流特性1.同步整流特性功率MOS管实属一个双向导电型器件,其完整的漏源伏安特性包括左图的以原点对称的第一、三象限.第一象限表示MOS管的正向导电特性,第三象限则表示反向导电特性.同步整流技术正是利用该双向导电特性来达到提高整流效率的目的.与主开关MOS管比较,作为整流/续流用的同步MOS管要求具有：低RDS(on)、体二极管(bodydiode)反向恢复电荷小、栅极阻抗小和开关特性好等特点.而主MOS管常为硬开关,则要求开关速度快,以减小开关损耗.二、同步整流技术及其特点三、同步整流的基本原理左图1为常用SR电路,其中VM1、
5、VM2为功率MOS管.VD1、VD2为SBD.VM1、VD1组成SR1整流管;VM2、VD2组成SR2续流管.工作过程如下:当主开关管VM关断时,驱动1和2给出信号,使VM2导通,VM1关断,VM2起续流作用:当VM导通时,VM2关断,VM1开通,VM1起整流的作用.由于驱动信号传递和VM1、VM2栅极电压达到阈值电压Uth需要一定时间(死区时间),该时间内VM1和VM2尚未开通,则VD1和VD2分别导通或共同导通,以便提供电流通路基本原理根据SR工作原理,同步整流网络的功率损耗主要包括:①VD1和VD2的导通损耗;②VD1和VD2的反向恢复损耗;③VM1和VM2
6、的导通损耗;④VM1和VM2的驱动损耗当开关频率>1MHz时,VM1和VM2的栅极驱动损耗占整流网络总损耗的主要部分;而开关频率<1MHz时,VM1和VM2的导通损耗占主导地位。低频情况下,应尽量减小VD1和VD2的导通时间,或消除VD1和VD2的导通,则电源效率会显著提高.而达到这一目的,关键是优化VM1和VM2的驱动波形,使其接近于方波,能快速地导通或关断VM1和VM2.VM1和VM2理想驱动波形如左图2.其中Uth1和Uth2分别为VM1和VM2的阈值电压(一般nchannelMOS管的为0.6V~1.4V).四、同步整流的类别和说明根据功率MOS2SR驱动
7、形式的不同,得到如下同步整流器的分类图。同步整流技术它激式自激式交叉式感应式正激有源钳位式正激谐振复位式正激多谐振式电流感应式电压感应式√√交叉式同步整流器(CrossSR)定义:交叉式SR因为SR1、SR2的栅极和漏极通过主变压器交叉联接而得名.其特点:SR管的驱动网络简单,利用主变压器次级的电压来实现SR管的开通与关断,无需附加驱动器和附加变压器。三种SR拓扑：根据变压器的去磁复位方式有:①正激谐振复位式(FRR);②正激有源钳位复位式(FACL);③正激多谐振复位式(FMRC).图5a利用主变压器的谐振复位原理:当开关频率超过一定范围(如500kHz),通过
8、适当调整主
