同步整流

同步整流是採用通態電阻極低的專用功率MOSFET，來取代整流二極體以降低整流損耗的一項新技術。它能大大提高DC/DC變換器的效率並且不存在由肖特基勢壘電壓而造成的死區電壓。

基本介紹

• 中文名：同步整流
• 外文名：synchronous rectification
• 類別：技術
• 優點：大大提高DC/DC變換器的效率

定義

同步整流的基本電路結構

功率MOSFET屬於電壓控制型器件，它在導通時的伏安特性呈線性關係。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。

PS7516和PS7616是鋰電池升壓輸出5V1A,2A的同步整流升壓經典IC，FP6717，FP6716也是鋰電池升壓輸出5V3A，5V2A中的佼佼者。

為什麼要套用同步整流技術

電子技術的發展，使得電路的工作電壓越來越低、電流越來越大。低電壓工作有利於降低電路的整體功率消耗，但也給電源設計提出了新的難題。

開關電源的損耗主要由3部分組成：功率開關管的損耗，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，整流二極體的導通壓降較高，輸出端整流管的損耗尤為突出。快恢復二極體（FRD）或超快恢復二極體（SRD）可達1.0～1.2V，即使採用低壓降的肖特基二極體（SBD），也會產生大約0.6V的壓降，這就導致整流損耗增大，電源效率降低。

舉例說明，筆記本電腦普遍採用3.3V甚至1.8V或1.5V的供電電壓，所消耗的電流可達20A。此時超快恢復二極體的整流損耗已接近甚至超過電源輸出功率的50%。即使採用肖特基二極體，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，傳統的二極體整流電路已無法滿足實現低電壓、大電流開關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。

同步整流比之於傳統的肖特基整流技術可以這樣理解：

這兩種整流管都可以看成一扇電流通過的門，電流只有通過了這扇門才能供負載使用。

傳統的整流技術類似於一扇必須要通過有人大力推才能推開的門，故電流通過這扇門時每次都要巨大努力，出了一身汗，損耗自然也就不少了。

而同步整流技術有點類似我們通過的較高檔場所的感應門了：它看起來是關著的，但你走到它跟前需要通過的時候，它就自己開了，根本不用你自己費大力去推，所以自然就沒有什麼損耗了。

通過上面這個類比，我們可以知道，同步整流技術就是大大減少了開關電源輸出端的整流損耗，從而提高轉換效率，降低電源本身發熱。

能量再生

在開關管V導通時，變壓器接收的電能除了磁化電流外都將傳送到輸出端。而管V關躍的反激作用期間，導向二極體D2用反偏置故不可能有鉗位作用或能量泄放的迴路。磁化能量將會產生較大的反壓加在開關管的集一射極之間。為了防止高反壓的產生，設定了“能量再生繞組”P2，由繞組△經過二極體D，，使存儲的能量反饋回直流電源Ui中。只要滿足Wp1=Wp2的關係，D1流過電流時Up2=Ui，則開關管V上承受的集一射極電壓為2Ui。

為了避免在P1和P2繞組之間存在的漏電感過大，和因此而在開關管集電極上產生過高的電壓，一般採用初級繞組P1與能量再生繞組P2雙線並繞的方法。在這種配置中，二極體D1接在能量再生繞組如圖所示的位置是非常重要的。原因是雙線並繞引起的內部雜散電容Cc是在開關管V的集電極與繞組P2和D1連線點之間的寄生電容。按照圖中的接法是有優點的，如在開關管V導通時，由於二極體D，反向而隔開了集電極，沒有任何的電流在V瞬時導通時流進電容Cc中（注意，繞組P1和P2的非同銘端同時變負，而且Cc的兩端電壓不會改變）。但是在反激期間，Cc提供開關管V的鉗位作用，任何過電壓的趨勢都會引起Cc流過電流，而且經過D，反饋到電源線上。如果寄生電容不夠大，只靠P1、P2繞組磁耦合，鉗位電壓超值時，常常可以在%位置加外接電容補充以改善它的鉗位作用。然而，如果電容值過大時，會使得輸出電壓線上有輸人電壓嘰紋波頻率調製的電壓分量，所以要小心地選用附加電容Cc的值。

圖

在開關管V導通時，輸入電壓Ui加在（Lp+LLT）上，由於D2反偏置阻止C2的充電，所以Uc2≈0。當開關管V關斷時，由於反激作用，V的集電極電壓Uc快速上升，但由於碭此時受正偏壓而導通，使V電流被C2、R1分流，Uc電壓逐漸上升，即U（電壓也是逐漸上升，而且鉗位在2Ui數值上。從而把Uc上升的尖峰電壓的頂部消去，如虛線所示的脈衝尖峰。

在一個周期剩下的時間裡，隨著R1放電電流的減小，C2上的電壓降會返回到原來值。多餘的反激電能，被消耗在R1上。此鉗位電壓是自跟蹤的，在穩態工作時，因為C2上的電壓會自動地調整，直到所有多餘的反激電能消耗在R1上。如果在所有其他情況下，都要維持某一恆定鉗位電壓時，則可以通過減小R1值或漏電感Lyp的值，來抑制鉗位電壓的升高趨勢。

不能把鉗位電壓設計得太低，因為反激過沖電壓也有有用的一面。在反激作用時，它提供了一個附加強制電壓值來驅動電能進入到次級電感。使變壓器次級的反激電流迅速增加。提高了變壓器的傳輸效率，同時也減小了電阻R）上的損耗。這對於低壓大電流輸出是很有意義的。

工作原理

從同步整流原理圖中可以看出，整流管VT3和續流管VT2的驅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管這樣套用不能完全開通，損耗很大，但用在同步整流時是可行的簡化方案。由於這兩個管子開關狀態互瑣，一個管子開，另一個管子關，所以我們只簡要分析電感電流連續時的開通情況，我們知道MOS管具有體內寄生的反並聯二極體，這樣電感電流連續套用時，MOS管在真正開通之前並聯的二極體已經開通，把源S和漏D相對柵的電平保持一致，加在GD之間的電壓等同於加在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，當變壓器副邊繞組為負時，續流管VT2開通，濾波電感續流。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。