同步整流技术最新

同步整流技术同步整流技术电源网第20届技术交流会邹超洋邹超洋2012.11内‹同步整流简介。内‹同步整流的分类。容。容‹同步整流的驱动方式简‹同步整流的MOSFET简‹同步整流的MOSFET介同步整流简介同步整流简介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（500kHz～1MHz）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50～60％。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。同步整流简介同步整流简介diodeMOSFET=DMOSFET代替diodeGS相当于二极管的功能‡电流从S流向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把整流的损耗做到昀小同步整流简介同步整流简介•例如：一个5V 30A输出的电源DiodeMosfetVf=0.45VPloss=0.45*30=13.5WP/Po=135/45=30%DiodeMosfetRdson=1.2mΩP00012*302108WPloss/Po=13.5/45=30%Ploss=0.0012*302=1.08WPloss/Po=1.08/45=2.4%MBR8040(R)SC010N04LS同步整流的分类同步整流的分类•BUCK 同步整流电路与波形同步整流的分类同步整流的分类•Boost 同步整流电路与波形同步整流的分类同步整流的分类•Flyback同步整流电路与波形同步整流的分类同步整流的分类•复位绕组Forward 同步整流电路与波形同步整流的分类同步整流的分类有源钳位Fd同步整流电路•有源钳位Forward 同步整流电路同步整流的分类同步整流的分类•LLC半桥同步整流电路与波形同步整流的分类同步整流的分类全桥倍流同步整流电路与波形•全桥倍流同步整流电路与波形同步整流的驱动方式同步整流的驱动方式电压型自驱动自驱动电流型自驱动半自驱同步整流电流型自驱动半自驱驱动方式外部驱动同步整流的驱动方式同步整流的驱动方式•电压型自驱动同步整流电路特点¾驱动电压：SR所在回路中的某一电压¾要求：波形转换快，时序准确，无死区¾优点：电路简单，实用，节约成本¾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围的影响；受变压器漏感影响；不能用于并联工作的SRDC／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。同步整流的驱动方式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同步整流的驱动方式•电流型自驱动同步整流电路特点¾驱动电压：SR中的电流通过电流互感器产生优点动波无不受输电压响不受电¾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利用流,较低的压降就能获得较高的压检测信号,因此,检测大电流时具备很大的优势¾缺点：电流检测元件有损耗影响电路的整体效率¾缺点：电流检测元件有损耗，影响电路的整体效率同步整流的驱动方式同步整流的驱动方式电流流型自自驱动同步整整流电电路同步整流的驱动方式同步整流的驱动方式体极管有损耗体二极管有损耗，实际使用中并联肖特基二极管特基二极管实用反激电流型自驱动同步整流电路•实用反激电流型自驱动同步整流电路同步整流的驱动方式同步整流的驱动方式•半自驱动同步整流电路特点半自驱动同步整流电路特点¾其驱动波形的上升或下降沿，一个是由主变压器提¾其驱动波形的上升或下降沿，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。¾针对自驱的负压问题用单独的放电回路提供同¾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。同步整流的驱动方式同步整流的驱动方式•正激半自驱动同步整流电路•正激半自驱动同步整流电路同步整流的驱动方式同步整流的驱动方式•外驱动同步整流电路特点¾驱动电压：来自外设驱动电路或初级的控制IC外驱动同步整流电路特点¾同步信号：主开关管的驱动信号来控制¾优点控制时序精确SR效率较高¾优点：控制时序精确，SR效率较高¾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，降低了整机的效率同步整流的驱动方式同步整流的驱动方式增强驱动能力反激原边隔离驱动同步整流电路•反激原边隔离驱动同步整流电路同步整流的驱动方式同步整流的驱动方式•外部专用同步整流驱动IC电路•外部专用同步整流驱动IC电路同步整流的MOSFET同步整流的MOSFET•同步整流MOSFET同步整流OS¾损耗的计算¾损耗的计算¾同步整流尖峰产生与抑制方法¾MOSFET选择考虑以BUCK同步整流电路为例来分析同步整流的MOSFET同步整流的MOSFETBUCK同步电路同步整流的MOSFET同步整流的MOSFETMOSFET导通损耗MOSFET开通损耗MOSFET关断损耗Bodydiode导通损耗BUCK同步整流管关断损耗简化模型Bodydiode反向恢复损耗断损耗简化模型同步整流的MOSFET同步整流的MOSFETBUCK同步整流管损耗计算¾导通损耗取决于MOSFET的RDS(on)，计算公式如下：损耗的主Pcon_loss=Irms2×RDS(on)×Doff损耗的主要来源性能成本IRMS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。同步整流的MOSFET同步整流的MOSFETBUCK同步整流管损耗计算¾开通损耗计算公式如下：Poff_on=fs×∫TdVDS(off_on)(t)×ID(off_on)S(t)×dt¾关断损耗计算公式如下：Pon_off=fs×∫TdVDS(on_off)(t)×ID(on_off)S(t)×dt同步整流的MOSFET同步整流的MOSFETBUCK同步整流管损耗计算¾驱动损耗计算公式如下：Pdrv_loss=Vgs×Qg×fs¾Coss损耗计算公式如下：Pcoss_loss=1/2×VDS(off)2×Coss×fs同步整流的MOSFET同步整流的MOSFETBUCK同步整流管损耗计算¾体二极管导通损耗计算公式如下：PD_con_loss=IF×VDF×td×fs¾体二极管反向恢复耗计算公式如下：PD_rev_loss=VDR×Qrr×fs同步整流的MOSFET同步整流的MOSFETBUCK同步整流管尖峰产生的原因zVQ2关断，进入死区时间，VQ1未开通，负载电流全部流过VQ的体二极管VD流全部流过VQ2的体二极管VD。z接着VQ1打开，VD突然被加上反压，所以产生很大的反向恢复电流即VD的di/dt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L2上产生很大的电压尖峰(L2di/dt),此电压会叠加在Vi上此电压会叠加在Vin上zL1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上•BUCK同步整流电压尖峰同样会叠加在Vin上同步整流的MOSFET同步整流的MOSFETBUCK同步整流管关断波形SpikeDriverOscillation同步整流的MOSFET同步整流的MOSFET抑制BUCK同步整流管关断波形尖峰RonQ1_HSLoutRoffDgLLKVinQ2_SR上管慢快关路小上管慢开快关PCBlayoyt环路小同步整流的MOSFET同步整流的MOSFET抑制BUCK同步整流管关断波形尖峰Q1_HSLoutLLKQ1_HSLoutLLKD1VinQ2_SRR1C1VinQ2_SRR1C1D1C1同步整流管加入RC或者RCD吸收电路同步整流的MOSFET同步整流的MOSFET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同步整流的MOSFET同步整流管的选择¾考虑的因素.Rds(on),Qg,temperature,Package,structureCost,Purchase,deliverytime¾对于电路来说需要考虑的因素TlOiflTopology,Operationfrequency，voltagestresscurrentstress,thermalresistor,reliability同步整流的MOSFET同步整流的MOSFETBUCK同步整流管的选择昀小的R并不Rds(on)并不能带来昀小的整机小的整机损耗，反而会增加本成本同步整流的MOSFET同步整流的MOSFET选择BUCK同步整流管选择UC同步整流管¾科学的设计电路，预估各种可能存在的风险¾对电路进行认真、细致的计算¾建立精确的模型借助于仿真工具来验证计算¾建立精确的模型，借助于仿真工具来验证计算¾选用合适的器件¾进行全面的测试与优化Anyquestion?Anyquestion?Thkf!Thanksforyourtime!fy