大电流同步整流原理

同步整流的基本电路结构

大(da)电(dian)(dian)流(liu)(liu)同步整(zheng)流(liu)(liu)原理，同步整(zheng)流(liu)(liu)是(shi)采用(yong)通(tong)态电(dian)(dian)阻极低的(de)专用(yong)功率(lv)MOSFET，来(lai)取代整(zheng)流(liu)(liu)二极管以降低整(zheng)流(liu)(liu)损耗的(de)一项新技术。它(ta)(ta)能(neng)大(da)大(da)提高(gao)DC／DC变换器的(de)效率(lv)并且(qie)不存(cun)在由(you)肖特基势(shi)垒(lei)电(dian)(dian)压(ya)(ya)而造成的(de)死区电(dian)(dian)压(ya)(ya)。功率(lv)MOSFET属于电(dian)(dian)压(ya)(ya)控制型器件，它(ta)(ta)在导通(tong)时(shi)的(de)伏安特性呈线性关系。用(yong)功率(lv)MOSFET做整(zheng)流(liu)(liu)器时(shi)，要求(qiu)栅极电(dian)(dian)压(ya)(ya)必须与被整(zheng)流(liu)(liu)电(dian)(dian)压(ya)(ya)的(de)相位保(bao)持同步才能(neng)完成整(zheng)流(liu)(liu)功能(neng)，故(gu)称(cheng)之为同步整(zheng)流(liu)(liu)。

1、基本的变压器抽头方式双端自(zi)激、隔(ge)离(li)式降压同(tong)步整流电路

2、单端自激(ji)、隔离式降压同步(bu)整流电路

单端降压同步整流(liu)器(qi)的基本(ben)原理图(tu)

基本原理如上图所示(shi)，V1及V2为功率MOSFET，在次级电(dian)(dian)压的(de)正半周，V1导(dao)通(tong)，V2关(guan)(guan)断(duan)(duan)，V1起整流作(zuo)用(yong)；在次级电(dian)(dian)压的(de)负半周，V1关(guan)(guan)断(duan)(duan)，V2导(dao)通(tong)，V2起到续流作(zuo)用(yong)。同步整流电(dian)(dian)路的(de)功率损(sun)耗主要(yao)包括V1及V2的(de)导(dao)通(tong)损(sun)耗及栅(zha)极驱动(dong)损(sun)耗。当开关(guan)(guan)频(pin)率低(di)于(yu)(yu)1MHz时，导(dao)通(tong)损(sun)耗占主导(dao)地位；开关(guan)(guan)频(pin)率高(gao)于(yu)(yu)1MHz时，以栅(zha)极驱动(dong)损(sun)耗为主。

3、半桥他激(ji)、倍流式同步整流电路

单(dan)端降压式同步整流(liu)器的基本原理图

该电路的基本特点是：

1）变压(ya)器(qi)副边(bian)只需一个绕(rao)组，与中间抽头结构相比较(jiao)，它的(de)副边(bian)绕(rao)组数只有中间抽头结构的(de)一半，所以损耗在副边(bian)的(de)功(gong)率(lv)相对较(jiao)小；

2）输出有两(liang)个滤(lv)波(bo)电感(gan)，两(liang)个滤(lv)波(bo)电感(gan)上的(de)电流(liu)相(xiang)加(jia)后得到(dao)输出负载电流(liu)，而这(zhei)两(liang)个电感(gan)上的(de)电流(liu)纹波(bo)有相(xiang)互抵消的(de)作用，所以(yi)，最(zui)终得到(dao)了很小的(de)输出电流(liu)纹波(bo)；

3）流过每个滤波电(dian)(dian)感的(de)平均电(dian)(dian)流只有输(shu)(shu)出电(dian)(dian)流的(de)一半，与中间抽头结构(gou)相比较(jiao)，在输(shu)(shu)出滤波电(dian)(dian)感上(shang)的(de)损耗(hao)明(ming)显减小了；

4）较少的(de)大电流同步整流原理连接线（high current inter-connection），在倍(bei)流整流拓扑中(zhong)，它的(de)副边大电流连接线只有(you)2路，而在中(zhong)间抽头的(de)拓扑中(zhong)有(you)3路；

5）动(dong)态(tai)响应很(hen)好(hao)。

它唯一的缺(que)点就是需(xu)要两(liang)个(ge)(ge)输出(chu)滤(lv)波(bo)电感，在(zai)体积上(shang)相(xiang)对要大(da)(da)些。但(dan)是，有一种叫(jiao)集成(cheng)(cheng)磁（integrated magnetic）的方法(fa)，可以将它的两(liang)个(ge)(ge)输出(chu)滤(lv)波(bo)电感和变压(ya)器都集成(cheng)(cheng)到(dao)同一个(ge)(ge)磁芯内，这样(yang)可以大(da)(da)大(da)(da)地减小变换器的体积。

大电流同步整流原理详解

大电流(liu)同(tong)(tong)步(bu)整流(liu)原(yuan)(yuan)理(li)如下：从同(tong)(tong)步(bu)整流(liu)原(yuan)(yuan)理(li)图中(zhong)可以看(kan)出，整流(liu)管(guan)VT3和续流(liu)管(guan)VT2的(de)驱动电压从变压器的(de)副边绕组取出，加在(zai)(zai)MOS管(guan)的(de)栅G和漏D之间，如果在(zai)(zai)独立的(de)电路中(zhong)MOS管(guan)这样应用不能完全开通，损耗很(hen)大，但用在(zai)(zai)同(tong)(tong)步(bu)整流(liu)时是可行(xing)的(de)简化方(fang)案(an)。

由于(yu)这两(liang)个管(guan)子(zi)开关状态互琐，一(yi)(yi)个管(guan)子(zi)开，另一(yi)(yi)个管(guan)子(zi)关，所以我(wo)们只简要分析(xi)电(dian)(dian)(dian)感电(dian)(dian)(dian)流连(lian)续(xu)时的开通(tong)情况，我(wo)们知道MOS管(guan)具(ju)有(you)体内寄(ji)生(sheng)的反并联(lian)(lian)二极(ji)管(guan)，这样电(dian)(dian)(dian)感电(dian)(dian)(dian)流连(lian)续(xu)应用时，MOS管(guan)在(zai)真正开通(tong)之(zhi)前并联(lian)(lian)的二极(ji)管(guan)已(yi)经开通(tong)，把(ba)源(yuan)S和(he)漏D相(xiang)对(dui)栅的电(dian)(dian)(dian)平保(bao)持一(yi)(yi)致，加在(zai)GD之(zhi)间的电(dian)(dian)(dian)压等同于(yu)加在(zai)GS之(zhi)间的电(dian)(dian)(dian)压。

这样变压器副边绕组同铭端(duan)为(wei)正时(shi)，整(zheng)流管VT3的栅漏电压为(wei)正，整(zheng)流管零压开(kai)通，当(dang)变压器副边绕组为(wei)负时(shi)，续流管VT2开(kai)通，滤波电感续流。

栅极电(dian)压必须与被整(zheng)流(liu)(liu)电(dian)压的相位保持同步才能完(wan)成整(zheng)流(liu)(liu)功(gong)能，故称之为(wei)同步整(zheng)流(liu)(liu)。

应用同步整流技术原因

讲(jiang)完大(da)电(dian)(dian)流(liu)同(tong)步整流(liu)原理。下面来讲(jiang)讲(jiang)为什么(me)要应用同(tong)步整流(liu)技(ji)术。电(dian)(dian)子(zi)技(ji)术的(de)发展，使(shi)得电(dian)(dian)路的(de)工作电(dian)(dian)压越来越低(di)、电(dian)(dian)流(liu)越来越大(da)。低(di)电(dian)(dian)压工作有利于降低(di)电(dian)(dian)路的(de)整体功率消耗，但也给电(dian)(dian)源(yuan)设(she)计提出(chu)了新(xin)的(de)难题。

开(kai)关电源的损耗(hao)(hao)主(zhu)要由3部分组(zu)成(cheng)：功率开(kai)关管的损耗(hao)(hao)，高(gao)频变压器的损耗(hao)(hao)，输(shu)出(chu)端整流(liu)管的损耗(hao)(hao)。在低电压、大(da)电流(liu)输(shu)出(chu)的情况下，整流(liu)二(er)极管的导(dao)通压降较(jiao)高(gao)，输(shu)出(chu)端整流(liu)管的损耗(hao)(hao)尤为突出(chu)。快(kuai)恢复二(er)极管（FRD）或超快(kuai)恢复二(er)极管（SRD）可达(da)1.0～1.2V，即使采用低压降的肖特基二(er)极管（SBD），也会产生大(da)约0.6V的压降，这就导(dao)致整流(liu)损耗(hao)(hao)增大(da)，电源效率降低。

举(ju)例说明(ming)，笔记本(ben)电(dian)脑普遍采用(yong)3.3V甚(shen)至1.8V或1.5V的(de)(de)供电(dian)电(dian)压(ya)，所消耗(hao)(hao)的(de)(de)电(dian)流(liu)可(ke)达(da)20A。此时超快恢(hui)复二极管(guan)的(de)(de)整(zheng)(zheng)流(liu)损耗(hao)(hao)已(yi)接(jie)近(jin)甚(shen)至超过(guo)电(dian)源输(shu)出功率(lv)的(de)(de)50%。即使采用(yong)肖(xiao)特(te)基二极管(guan)，整(zheng)(zheng)流(liu)管(guan)上(shang)的(de)(de)损耗(hao)(hao)也会达(da)到（18%～40%）PO，占电(dian)源总损耗(hao)(hao)的(de)(de)60%以上(shang)。因此，传统(tong)的(de)(de)二极管(guan)整(zheng)(zheng)流(liu)电(dian)路已(yi)无法(fa)满足实现低电(dian)压(ya)、大电(dian)流(liu)开关电(dian)源高效(xiao)率(lv)及小体积的(de)(de)需要(yao)，成为(wei)制约DC/DC变(bian)换器提高效(xiao)率(lv)的(de)(de)瓶(ping)颈。

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