同步整流技术分享_图文

1、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 2015-9-16 Contents 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 Better 1 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 Better 2 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

2、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。 diode MOSFET MOSFET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 Better 3 CONFIDENTIAL 力 求 更 好 Contents 同步整流技术概

3、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 Better 4 CONFIDENTIAL 力 求 更 好 1m C11u L12R11u L2P 1S1TX1DC-AC Converter D1N4148D21m C12u L12R12u L2DC-AC ConverterP 1S1S2TX1D1N4148D1主变压器副边绕组自驱动辅助绕组自驱动自驱同步整流电路1m C24u L42R2DC-AC ConverterP 1S1S2S3TX2DC-AC ConverterP 1S1TX22R24u L41m C2主变压器副边绕组自驱

4、动辅助绕组自驱动 CONFIDENTIAL 7Power for the Better 他驱方式优点:易实现符合同步整流需要的驱动时序逻辑;易获取高效率;外围电路较简单;在反激,对称半桥,全桥,LLC拓扑应用广泛。缺点:需要驱动IC; 成本较高。Contents同步整流技术概述典型电路及其特点损耗分析 CONFIDENTIAL8Power for the Better同步整流电路中常见问题MOSFET 选型设计参考同步整流管损耗考虑A SR MOSFET does not use activeswitching switching speed has no primary relevance

5、and has no influence on efficiency! CONFIDENTIAL9Power for the BetterLosses in a SR MOSFET come fromConduction losses (like in a diodeBody diode conduction losses(dead timeGate drive losses (not present with diodesReverse recovery losses (like in a diode, but typically larger同步整流管损耗考虑 Conduction Con

6、ducting losses Pv _ cond = I Body diode conduction loss 2 RMS RDS ( on PV _ BD _ cond = VD I D t BD _ on f sw Gate losses Switching Pv _ gate = Qg Vg f sw Turn-off reverse recovery losses Psw = VT (1 2 Qoss + Q *rr f sw Power for the Better 9/17/2015 力 10 CONFIDENTIAL 求 更 好AOS Confidential 10 同步整流管损

7、耗考虑 Upeak I comm Utrafo Qoss di/dt=const Irev_ peak tIpeak trev tUpeak Qrr* UDS ID time MOS body diode 反向恢复电压，电流简化波形和实测波形 Coss 8 7 6 Coss nF 5 4 3 2 1 0 0 10 20 30 40 50 Uds V 60 70 80 90 100 Coss Coss_mean Qoss = coss (t v(t dt = VT Cconst Cconst 0 UT 1 T = coss (t v(t dt VT 0 U Power for the Bette

8、r 11 CONFIDENTIAL 力 求 更 好 同步整流管损耗考虑 80V MOSFET technology; transformer output 40V; Vout = 12V Power Losses per SR MOSFET Switching Frequency - 125kHz 4.0 3.5 power dissipation W Qrr/Mosfet Qoss/Mosfet Diode/Mosfet Qg/Mosfet Conduction/Mosfet 3.0 2.5 2.0 1.5 1.0 0.5 0.0 10 30 output current A 50 Powe

9、r for the Better 12 CONFIDENTIAL 力 求 更 好 同步整流管损耗考虑 Synchronous rectification yields a major efficiency gain MOSFETs have lower conduction losses but higher switching losses than diodes Turn-off losses should be minimized by Lowering the transformer voltage Using MOSFETs with a low voltage-class Usin

10、g packages with a low contribution to Rds(on Correctly selecting the Rds(on Power for the Better 13 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 Better 14 CONFIDENTIAL 力 求 更 好 驱动时序一旦不同步易引起效率降低(驱动开通延迟,MOS 体二极管导通时间增加和电流倒灌现象(驱动关断延迟对于主变压器绕组电压非互补的拓扑中,例如半桥,全桥

11、,存在较长的死区时间,导致采用自驱电路的MOS驱动电压不足或没有,效率降低;需要采取栅荷保持技术; CONFIDENTIAL15Power for the Better驱动绕组电压受变压器漏感影响,驱动波形不可避免有一定尖峰电压,降低可靠性;自驱电路所用的绕组电压幅值随占空变化较大,容易超过Vgs 限值而损坏MOS管,需要增加由一个MOS管组成的正-负限幅电路; 上述增加的正-负限幅电路会增加驱动损耗,还会增加主功率MOS管的导通和关断时间,从而降低效率;辅助绕组如果带中心抽头,则有驱动负压,增加驱动损耗; 整流管和续流管的驱动电压在切换时,存在一定的重合,从而产生直通现象; CONFIDEN

12、TIAL16Power for the Better自驱驱动波形和原边主管Vds波形高度耦合,易受其影响; 电源输出并联导致可能的起机时预偏置电压跌落;MOSFET自身的可靠性问题(抗重复雪崩击穿能力和耐dv/dt 耐受力Contents同步整流技术概述典型电路及其特点损耗分析 CONFIDENTIAL17Power for the Better同步整流电路中常见问题MOSFET 选型设计参考1875V100uC31n C1P1 S1TX1100u C24uL12R13675VVOUT=5V&12VACF power stageQ61Q62L23T 7Q64Q65C47Q66Q67C4

13、8FB/HB 200W-800W for Data communicationinputoutputpartdescriptionremark3675V 12v AON6292AON62906m /100V 4.6m / 100V 原副边匝比:5:2(稳压6: 2(半稳压4060V10vAON6242AON62603.6m/60V 2.4m/60V原副边匝比:4: 1(稳压10V4060V100u C1P1S1TX 14u L1100u C23675V 12V inputoutputpartdescriptionremark3675V 12v AON6260AON6242 2.4m /60V

14、3.6m / 60V 原副边匝比:5:2(稳压4060V10vAON67521.7m/30V原副边匝比:4: 1(稳压同步整流MOS选型考虑outpu Full bridge regulator 200W1000W for 佛如for wireless base stationD13675V100u C24u L1P1S1TX1100u C130VD2inputpartdescriptionremarkT X4Q72L22IRF530Q9P1S1S2TX11m C2I RF530Q4I RF530Q3I RF530Q2I RF530Q12uL11m C1I RF530Q5I RF530Q6I

15、RF530Q7I RF530Q81m C3Buck regulator(33V+ full bridge/push-pull(open loop 200W1000W for wireless base station4u L23675V1m C2P1S1TX 1100u C130V100u C3P1S1 Half bridge /full bridge LLC for54Vout rectifierCONFIDENTIAL22 Power for the Betterinput output part Description remarkAC inputDC input54v AOT2500LAOB2500L6.5m 150V TO-2206.2m 150V TO-263Q6C4C3L1C8D3C2D2Q1Q3T1C1L3Q5D1C5Half bridge /full bridge LLC for 12Vout server powerEfficiency in half load reach the standards is difficulty pointCONFIDENTIAL23Power for the BetterQ4Q2inputoutputpartDescriptionremark