开关电源同步整流技术9
同步整流技术分享
江苏宏微科技股份有限公司 Power for the Better同步整流技术及主要拓扑电路宏微科技市场部2015-9-16Contents• 同步整流电路概述 • 典型电路及其特点 • 损耗分析 • 同步整流电路中常见问题 • MOSFET选型设计参考Power for the Better1 CONFIDENTIAL力求更好Contents• 同步整流技术概述 • 典型电路及其特点 • 损耗分析 • 同步整流电路中常见问题 • MOSFET选型设计参考Power for the Better2 CONFIDENTIAL力求更好同步整流技术概述由于中低压MOSFET具有很小的导通电阻，在有电流通过时产生的电压降很 小，可以替代二极管作为整流器件，可以提高变换器的效率。
diodeMOSFETMOSFET作整流器时，栅源极间电压必须与被整流电压的相位保持同步关系才 能完成整流功能，故称同步整流技术。
MOSFET是电压控制型开关器件，且没有反向阻断能力，必须在其栅-源之 间加上驱动电压来控制器漏-源极之间的导通和关断。
这是同步整流设计的难 点和重点。
根据其控制方式，同步整流的驱动电路分为 •自驱动方式； • 独立控制电路他驱方式； • 部分自驱+部分他驱方式结合；Power for the Better3 CONFIDENTIAL力求更好Contents• 同步整流技术概述 • 典型电路及其特点 • 损耗分析 • 同步整流电路中常见问题 • MOSFET选型设计参考Power for the Better4 CONFIDENTIAL力求更好典型电路及其特点1u 2u L1 TX1 1m C1 P1 S1 2 R1 P1 S1 D1N4148 D2 TX1 1m C1 L1 2 R1DC-AC ConverterDC-AC ConverterD1N4148 D1 S2 1u 2uL2L2主变压器副边绕组自驱动 自驱同步整流电路辅助绕组自驱动优点： 电路相对简单，可靠性较高； 成本低； 当采用辅助绕组时，不受主绕组输出电压限制； 在有源钳位正激，双管正激，谐振复位正激，不对称半桥拓扑应用广 泛。
开关电源新技术--同步整流
第五章开关电源新技术5－1电源PFC技术5－2 同步整流技术同步整流的概念整流电路是DC/DC变换器的重要组成部分，传统的整流器件采用功率二极管。
由于功率二极管的通态压降较高(压降最小的肖特基二极管也有0.55～0．65 V)，因此整流损耗较大。
由于集成电路已逐渐采用微功耗设计，供电电压逐渐降低，某些工作站和个人电脑要求有3.3 V甚至低至1.8 V的供电电压［1］。
显然，DC/DC变换器在输出如此低的电压时，整流管的功耗占输出功率的比重将更大，致使变换器效率更低。
另一方面，仪器设备的小型化设计要求尽量缩小其电源的体积，但耗散功率大恰成为电源小型化、薄型化的障碍。
80年代初，高频功率MOSFET刚开始得到发展，NEC公司的S.IKEDA等人就提出了一种新的整流管［2］，即采用功率MOSFET代替功率二极管作为整流元件，从而实现了输出整流管通态压降小、耗散功率低，效率高的DC/DC变换器。
功率MOSFET是一种电压型控制器件，它作为整流元件时，要求控制电压与待整流电压的相位保持同步才能完成整流功能，故称为同步整流电路。
为满足更高频率、更大容量的同步整流电路的需要，人们不断地探索并提出更新的功率MOSFET结构［3］。
5－2－1 自控制同步整流电路拓扑分析图1为倍流同步整流有源箝位DC/DC变换器的主电路拓扑图。
变换器采用有源箝位电路，Vin 为直流输入电压，S1为主开关，S2为辅助开关，S 3和S4为同步整流管(S1～S4均为N型MOS管)，T为隔离变压器，S2和C组成有源箝位网络。
D1～D4代表S1～S4的体二极管，C1～C4代表S1～S4的等效结电容，Llk为T的漏感，Lm 为T的励磁电感，T1为理想变压器，变比为N∶1。
工作时S1和S 2轮流导通，当S1关断时，S2导通，箝位电容C被并联到T的原边，为漏感电流提供一个低阻抗的无损耗的通路，从而在每个开关周期中以最小的损耗来吸收和回放电能，同时变压器T铁心磁通又可自动复位。
开关电源中的同步整流技术
P&C SBG Peripherals SBU
電感電流紋波互消作用示意
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特別需要指出的是，倍流整流拓撲這一電路形式特別適合於應用磁集 成技術。一般可採用兩種集成思路：兩隻電感集成在一隻磁芯上，以 及兩隻電感和變壓器集成在一隻磁芯上。在倍流整流拓撲中，雖然由 電感電流交錯合成後的電流紋波較小，但分別流過分立電感L1、L2 上的電流紋波卻較大，因此在採用分立電感元件時，對應每只電感的 磁通脈動量較大，引起較大的磁芯損耗，影響整機效率；把電感L1、 L2集成在一隻磁芯上（如EE或EI型），電感繞組分別繞制在兩隻外 腿上，對應的磁通在中心柱上交疊，可以實現磁通脈動量的互消作用， 從而大大減小中心柱的磁芯損耗和磁芯體積。對應的示意圖如圖9所 示 更進一步，可把三個分立磁性元件集成在一隻磁芯上[10]，如圖10所 示，同時實現了磁芯和繞組的集成，從而大大減小了磁性元件所占的 總體積，簡化了佈局及封裝設計，與半波、全波整流相比，具有顯著 的優越性。
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副邊形成短路回路
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STSRX系列內部框架 系列內部框架
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系統的工作原理
第一個開關週期： 在時鐘輸入信號的上升沿， 兩個加數/減數（UP/DOWN）計數器中的 第一個計數器工作在計數增加狀態，開始對內部時鐘（CKI）的脈衝進行 計數。在時鐘輸入信號的下一個上升沿（第一個週期TS結束時），計數器 停止計數。計算到的脈衝數為n2，它代表開關週期的時間長短。這個資料 存放在起來，以便在下一個開關週期使用。 第二個開關週期： 在CK輸入的上升沿，第一個計數器工作在減數狀態，對內部時鐘脈衝 進行減數計數，計算到脈衝數為n2-x2時，停止計數。在此時，OUT2 由高 電平轉變為低電平。第二個計數器則計算內部時鐘新的脈衝數，將開關週 期TS更新。 OUT2由高平轉變為低電平的提前量的數值為x2．TI ，是由時間提前 量Anticipation2 這個輸入來確定。在每個週期，計數器的功能，是進行加 數計數還是做減數計數，是相對於前一個週期而互相交換的。
同步整流技术简介
同步整流技术简介：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。
它能大大提高DC/DC变换器的效率并且不存在由肖特基势垒电压而造成的死区电压。
功率MOSFET属于电压控制型器件，它在导通时的伏安特性呈线性关系。
用功率MOSFET 做整流器时，要求栅极电压必须与被整流电压的相位保持同步才能完成整流功能，故称之为同步整流。
同步整流技术就是大大减少了开关电源输出端的整流损耗，从而提高转换效率，降低电源本身发热。
本电源是一款高效率稳压电源模块，输入电压在低于、高于、等于输出电压时，输出电压都可以维持稳定不变。
比如设定输出为12V，那么输入电压在5～32V之间变化时，输出稳压在12V不变。
本模块具有完善的保护功能，可应用于太阳能充电。
优势：电路板采用1.6加厚镀金工艺；输入采用可更换保险管，保护了电源和设备；整版电解采用进口原装贴片、低阻、高频电容，使得纹波降至冰点；IC采用进口原装；恒压、恒流、欠压保护（MPPT更适合太阳能充电）输出错误指示灯，输出电压漂移太严重、短路等故障时亮起；氧化散热片散热，散热效果比本色铝片效果更佳；电感采用铁硅铝，发热更小；欢迎您购买使用我们这款电压模块，请仔细阅读以下使用说明，否则由于使用不当造成的损坏，本公司概不予以保修、更换。
本模块属于自动升降压电源，输入电压在低于、高于、等于输出电压时，输出电压都可以维持稳定不变。
比如设定输出为12V，输入电压在5～32V 之间变化时，输出稳压在12V 不变；有恒流、恒压、欠压保护，以及输出指示、故障指示功能，输出有过流、过压、短路保护；所有元件都能达到工业级应用；可完美应用于各种场合，如充电、大功率LED 驱动、设备供电、车载电源等。
电气参数：1. 输入电压：DC5-32V，建议使用电压在10Ｖ以上2. 输出电压：DC1V-30V连续可调；3. 输出电流：10A（MAX）长期7A以内；4. 输出功率：长期80W，峰值130W，超过80W请加强散热；5. 输出纹波：50mV（12V转12V，5A测得）；6. 输入反接保护：无，如需要，请在输入端串联肖特基二极管；7. 输出防倒灌：无，如用于电瓶充电或负载是自带电感情负载，请在输出端串联肖特基二极管；8. 尺寸：77.6*46.5*15mm9.短路保护:有；10.重约45克；调试方法：１．电池欠压保护调整方法：（以１２V铅酸电池设置10V欠压保护、关断输出为例）输入接稳压电源调整到10V，调整欠压保护电位器（顺时针增大，逆时针减小），直到刚好故障指示灯（红灯）亮起，即设置成功；这样电池放电到10V时候，会自动切断供电，保护电池不受损坏。
同步整流工作原理讲解
同步整流工作原理讲解同步整流是一种常见的电子元件，它在电力转换和直流电源中起到重要的作用。
本文将对同步整流的工作原理进行详细讲解。
我们来了解一下什么是同步整流。
同步整流是一种通过控制开关管的导通和截止，将交流电转换成直流电的技术。
它通常应用于交流电转直流电的场合，如电力电子变流器、电力因数校正器、电动车充电器等。
在同步整流中，最基本的工作原理是利用开关管的导通和截止来控制电流的流动方向。
当开关管导通时，电流可以流向负载，实现正向整流；而当开关管截止时，电流无法流过开关管，从而实现反向整流。
通过控制开关管的导通和截止，可以将交流电转换为直流电。
具体来说，同步整流的工作原理可以分为三个阶段：导通阶段、截止阶段和换向阶段。
首先是导通阶段。
在导通阶段，当交流电源的电压大于负载两端的电压时，开关管会导通，使得电流从交流电源流向负载。
在导通阶段，开关管承受着较大的电流和电压，需要具备较高的导通能力和耐压能力，以确保开关管能正常导通。
接下来是截止阶段。
在截止阶段，当交流电源的电压小于负载两端的电压时，开关管会截止，使得电流无法从交流电源流向负载。
在截止阶段，开关管承受着较大的反向电压，需要具备较高的截止能力和耐压能力，以确保开关管能正常截止。
最后是换向阶段。
在换向阶段，当交流电源的电压从正向变为反向时，开关管会切换导通和截止状态，实现电流的反向流动。
在换向阶段，开关管需要具备较快的切换速度和较低的开关损耗，以确保开关管能正常切换。
除了以上的基本工作原理，同步整流还可以通过增加滤波电容和电感来实现对输出电流的平滑和稳定。
滤波电容可以存储电荷，并在开关管截止时释放电荷，以保持输出电流的连续性；而电感则可以平滑输出电流，减小输出电流的纹波。
总结起来，同步整流通过控制开关管的导通和截止，将交流电转换为直流电。
它的工作原理包括导通阶段、截止阶段和换向阶段，通过增加滤波电容和电感可以实现对输出电流的平滑和稳定。
同步整流在现代电力转换和直流电源中具有广泛的应用，为电力系统的稳定运行和高效能源转换提供了重要支持。
同步整流技术
• LLC半桥同步整流电路与波形
同步整流的分类
• 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 自驱动 电流型自驱动 同步整流 驱动方式 半自驱
外部驱动
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。
• BUCK同步整流
�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
同步整流的MOSFET
BUCK同步整流管关断波形
Spike
Driver Oscillation
同步整流的MOSFET
抑制BUCK同步整流管关断波形尖峰
Ro n Q1_H S Ro ff Dg LL K
同步整流的驱动方式
• 正激电压型自驱动同步整流电路与波形
同步整流的驱动方式
• 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
R1 C1
Q2_S R
V in
R1
C1
同步整流管加入 RC或者RCD吸收电路
开关电源同步整流工作原理
开关电源同步整流工作原理
开关电源同步整流是一种常用的高效率电源设计技术。
其工作原理是
在开关电源的输出端介入一个同步整流电路，在开关管导通时，同步
整流管关断，反之，同步整流管导通，开关管关断。
该技术可以有效
地减小开关电源在输出电压端的压降，从而降低功率损耗，提高转换
效率。
同步整流器的工作原理如下：
1.当开关管导通时，同步整流管关断，输出电容开始放电，电压逐渐降低，但不会到达0V，因为同步整流管的导通使得输出电容通过同步整流管流出电流。
2.当开关管关断时，同步整流管导通，电流由同步整流器流回到输出端，使得输出电容得到重新充电，从而保证输出电压的稳定性。
同步整流器的优点在于，相比传统整流电路，同步整流电路在输出端
引入了一定的电阻，但在同样输出功率下，同步整流电路可以实现更
高的转换效率。
此外，同步整流电路还可以减小开关电源在输出电压
端的噪声幅度，提供更加稳定的输出电压。
同时，同步整流器还可以
减少开关电源对输出电容的压力，从而提高电容使用寿命。
总之，开关电源同步整流是一种有效提高开关电源转换效率、改善输出电压稳定性的技术。
在实际应用中，根据不同的电源设计需要和要求，可以选择不同类型的同步整流器，并进行相应的参数调整，以达到最佳的工作效果。
同步整流技术简单介绍
同步整流技术简单介绍大家都知道，对于开关电源，在次级必然要有一个整流输出的过程。
作为整流电路的主要元件，通常用的是整流二极管（利用它的单向导电特性），它可以理解为一种被动式器件：只要有足够的正向电压它就开通，而不需要另外的控制电路。
但其导通压降较高，快恢复二极管（FRD）或超快恢复二极管（SRD）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。
这个压降完全是做的无用功，并且整流二极管是一种固定压降的器件，举个例子：如有一个管子压降为0.7V，其整流为12V时它的前端要等效12.7V电压，损耗占0.7/12.7≈5.5%.而当其为3.3V整流时，损耗为0.7/4（3.3+0.7）≈17.5%。
可见此类器件在低压大电流的工作环境下其损耗是何等地惊人。
这就导致电源效率降低，损耗产生的热能导致整流管进而开关电源的温度上升、机箱温度上升--------有时系统运行不稳定、电脑硬件使用寿命急剧缩短都是拜这个高温所赐。
随着电脑硬件技术的飞速发展，如GeForce 8800GTX显卡，其12V峰值电流为16.2A。
所以必须制造能提供更大输出电流（如多核F1，四路12V，每路16A；3.3V和5V输出电流各高达24A）的电源转换器。
而当前世界的能源紧张问题的凸现，为广大用户提供更高转换效率（如多核R80，完全符合80PLUS标准）的电源转换器就是我们整个开关电源行业的不可回避的社会责任了。
如何解决这些问题？寻找更好的整流方式、整流器件。
同步整流技术和通态电阻（几毫欧到十几毫欧）极低的专用功率MOSFET就是在这个时刻走上开关电源技术发展的历史舞台了！作为取代整流二极管以降低整流损耗的一种新器件，功率MOSFET属于电压控制型器件，它在导通时的伏安特性呈线性关系。
因为用功率MOSFET做整流器时，要求栅极电压必须与被整流电压的相位保持同步才能完成整流功能，故称之为同步整流。