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同步整流技术采用通态电阻极低的电力MOSFET来取代整流二极管,能大大降低整流电路的损耗,提高DC/DC变换器的效率,满足低压、大电流整流器的需要。本文从分析《电力电子技术》教材中同步整流电路的原理图着手,介绍了电力MOSFET的反向电阻工作区及同步整流技术的基本原理,并对同步整流电路中的驱动电路和栅极电压波形进行了分析。
同步整流的基本电路结构:
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。PS7516和PS7616是锂电池升压输出5V1A,2A的同步整流升压经典IC,FP6717,FP6716也是锂电池升压输出5V3A,5V2A中的佼佼者。
为什么要应用同步整流技术:
电子技术的发展,使得电路的工作电压越来越低、电流越来越大。低电压工作有利于降低电路的整体功率消耗,但也给电源设计提出了新的难题。
开关电源的损耗主要由3部分组成:功率开关管的损耗,高频变压器的损耗,输出端整流管的损耗。在低电压、大电流输出的情况下,整流二极管的导通压降较高,输出端整流管的损耗尤为突出。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,这就导致整流损耗增大,电源效率降低。
从同步整流原理图中可以看出,整流管VT3和续流管VT2的驱动电压从变压器的副边绕组取出,加在MOS管的栅G和漏D之间,如果在独立的电路中MOS管这样应用不能完全开通,损耗很大,但用在同步整流时是可行的简化方案。由于这两个管子开关状态互琐,一个管子开,另一个管子关,所以我们只简要分析电感电流连续时的开通情况,我们知道MOS管具有体内寄生的反并联二极管,这样电感电流连续应用时,MOS管在真正开通之前并联的二极管已经开通,把源S和漏D相对栅的电平保持一致,加在GD之间的电压等同于加在GS之间的电压,这样变压器副边绕组同铭端为正时,整流管VT3的栅漏电压为正,整流管零压开通,当变压器副边绕组为负时,续流管VT2开通,滤波电感续流。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。