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同步整流技术

微处理器等很多高速数字逻辑电路都需要低电压大电流功率变换器。随着功率变换器输出电压的降低,整流损耗成为变换器的主要损耗。为使变换器的转换效率提高,整流损耗必须降低。采用低导通电阻的MOSFET进行整流,是提高变换器效率的一种有效途径。根据MOSFET的控制特点,同步整流这一新型的整流技术应运而生,实现同步整流功能的MOSFET称为同步整流器。MOSFET不能像二极管那样自动截止反向电流,必须控制MOSFET的导通和关断。MOSFET的导通和关断取决于栅极驱动信号。因此,必须仔细设计栅极驱动信号的大小和时序,以确保同步整流器正常工作。按照驱动信号的不同,同步整流器有两种驱动方式:电压驱动方式和电流驱动方式。电压驱动方式以其结构简单、经济高效而受到人们的广泛关注。

现今开关电源发展的趋势是低电压、大电流,使得在次级整流电路中选用同步整流技术成为一种高效、低损耗的方法。由于功率MOSFET的导通电阻很低,能提高电源效率,所以在采用隔离Buck电路的DC/DC变换器中已开始形成产品。同步整流技术原理示意图如图2-36所示。

同步整流技术是通过控制功率MOSFET的驱动电路来利用功率MOSFET实现整流功能的技术。一般驱动频率固定,可达200kHz以上,门极驱动可以采用交叉耦合(CrossCoupled)或外加驱动信号配合死区时间控制实现。

同步整流技术出现得较早,但早期的技术很难转换为产品,这是由于当时驱动技术不成熟,可靠性不高。现在技术已逐步成熟,出现了专用同步整流驱动芯片(如IR1176等)、专用配套的低导通电阻功率MOSFET和可降低MOSFET并联寄生二极管的导通损耗的肖特基二极管。在产品设计中,解决分布电感对MOSFET开关损耗影响的设计技术正在研发中,并已取得进展。

经过这几年的发展,同步整流技术已经成熟。由于开发成本的原因,目前只在技术含量较高的开关电源模块中得到应用。如SYNQOR,TYCO,ERICSSON等公司都推出了采用同步整流技术的产品。

现在的电源模块仍主要应用在电子设备构成的系统中。随着电子技术的发展,电子设备芯片所需的电压逐步降低,5V和33V早已成为主流,正向25V、15V甚至更低的方向发展。电子设备的集成度不断提高,分布式电源系统中单机功率不断增加,输出电流从早期的10~20A到现在的30~60A,并有不断增大的趋势。同时,要求体积要不断减小。这就为同步整流技术提供了广泛的应用需求。

本文节选自《开关电源实用技术》,由镭之源激光电源收集整理

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