同步整流技术最新_图文

1、同步整流技术电源网第20届技术交流会邹超洋 内 同步整流简介。容同步整流的分类。简同步整流的驱动方式同步整流的MOSFET介 z高速超大规模集成电路的尺寸的不断减小,功耗的不断降低,要求供电电压也越来越低,而输出电流则越来越大。z电源本身的高输出电流、低成本、高频化(500kHz1MHz高功率密度、高可靠性、高效率的方向发展。z在低电压、大电流输出DC-DC变换器的整流管,其功耗占变换器全部功耗的5060%。z用低导通电阻MOSFET代替常规肖特基整流/续流二极管,可以大大降低整流部分的功耗,提高变换器的性能,实现电源的高效率,高功率密度。 diode MOSFET =DMOSFET 代替di

2、ode G 相当于二极管的功能 S DS电流从流向 V/I 特性,工作于3rd 象限z 用MOSFET 来代替二极管在电路中的整流功能z 相对于二极管的开关算好极小z 整流的时序受到MOSFET 的Vgs控制,可以根据系统的需要,g 把整流的损耗做到最小 例如:一个5V 30A输出的电源 Vf =0.45VPloss=0.45*30=13.5W/Po=135/45=Diode MosfetRdson=1.2m00012*30108WPloss/Po=13.5/45= 30%Ploss=0.0012*302=1.08WPloss/Po=1.08/45= 2.4%MBR8040(R SC010N0

3、4LS同步整流的分类 BUCK同步整流电路与波形 同步整流的分类 Boost同步整流电路与波形 同步整流的分类 Flyback 同步整流电路与波形 同步整流的分类 复位绕组Forward同步整流电路与波形 同步整流的分类 有源钳位Forward F d同步整流电路 LLC 半桥同步整流电路与波形 全桥倍流同步整流电路与波形 电压型自驱动自驱动同步整流电流型自驱动半自驱驱动方式 外部驱动 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

4、并联工作的SR DC 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。存在死区驱动波形不好驱动电压和时序不好安排 正激电压型自驱动同步整流电路与波形 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,不受电优点动波无不受输电压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,利用流,较低的压降就能获得较高的压检测信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

5、有损耗,影响电路的整体效率缺点:电流检测元件有损耗 电流型自 驱动同步整流电路 体二极管有损耗,体极管有损耗实际使用中并联肖特基二极管 实用反激电流型自驱动同步整流电路 半自驱动同步整流电路特点其驱动波形的上升或下降沿,个是由主变压器提其驱动波形的上升或下降沿,一个是由主变压器提供的信号,另一个是独立的外驱动电路提供的信号。针对自驱的负压问题,用单独的放电回路,提供同针对自驱的负压问题用单独的放电回路提供同步整流管的关断信号,避开了自驱动负压放电的电压超标问题。 正激半自驱动同步整流电路 外驱动同步整流电路特点驱动电压:来自外设驱动电路或初级的控制IC同步信号:主开关管的驱动信号来控制优点:控

6、制时序精确,SR效率较高优点控制时序精确缺点:驱动电路复杂,有损耗,成本高,开发周期长外部驱动电路还需要供电,降低了整机的效率 增强驱动能力 反激原边隔离驱动同步整流电路 外部专用同步整流驱动IC 电路 同步整流OS MOSFET损耗的计算同步整流尖峰产生与抑制方法MOSFET选择考虑以BUCK同步整流电路为例来分析 BUCK同步电路 MOSFET导通损耗 MOSFET开通损耗 MOSFET关断损耗 Bodydiode导通损耗 BUCK同步整流管关Bodydiode反向恢复损耗断损耗简化模型 BUCK 同步整流管损耗计算导通损耗取决于MOSFET 的R DS(on,计算公式如下:损耗的主P c

7、on_loss=Irms 2R DS(onD off要来源 I 是流经同步整流MOSFET 的电流,而不是BUCK 电性能成本RMS 路的输出电流。 BUCK 同步整流管损耗计算开通损耗计算公式如下:P off_on = f s Td V DS(off_on(tI D(off_onS (t dt 关断损耗计算公式如下:P on_off = f s Td V DS(on_off (tI D(on_off S (t dt BUCK同步整流管损耗计算驱动损耗计算公式如下:Pdrv_loss = VgsQgfsCoss损耗计算公式如下:Pcoss_loss =1/2 VDS(off2Cossfs BU

8、CK同步整流管损耗计算体二极管导通损耗计算公式如下:PD_con_loss = IFVDFtdfs体二极管反向恢复耗计算公式如下:PD_rev_loss =VDRQrr fs BUCK 同步整流管尖峰产生的原因z VQ 2关断,进入死区时间,VQ 1未开通,负载电流全部流过VQ 2的体二极管VD 。z 接着VQ 1打开,VD 突然被加上反压,所以产生很大的反向恢复电流即很大很大的反向恢复电流,即VD 的di/dt 很大。z 大的di/dt 会在L 2上产生很大的电压尖峰(L 2di/dt,Vi 此电压会叠加在Vin 上z L 1与L 2以及VQ 1的结电容C 会产生谐振,谐振的BUCK 同步整

9、流电压尖峰同样会叠加在Vin 上 BUCK同步整流管关断波形Spike DriverOscillation 抑制BUCK同步整流管关断波形尖峰 Vin上管慢开快关PCB layoyt 环路小上管慢快关路小 同步整流管关断波形尖峰抑制BUCK VinVinC1同步整流管加入RC或者RCD吸收电路 抑制BUCK同步整流管关断波形尖峰 加入磁珠来抑制大的di/dt同步整流的MOSFET 同步整流管的选择 考虑的因素. Rds(on, Qg, temperature, Package, structure Cost, Purchase, delivery time 对于电路来说需要考虑的因素 T Topology, l Operation O i frequency，voltage f l stress current stress, thermal resistor, reliability 同步整流的MOSFET BUCK同步整流管的选择 最小的 Rds(on并不 能带来最 小的整机 损耗，反 而会增加 成本 本 同步整流的MOSFET 选择BUCK