同步整流技術(shù)最新_圖文

1、同步整流技術(shù)電源網(wǎng)第20屆技術(shù)交流會鄒超洋 內(nèi) 同步整流簡介。容同步整流的分類。簡同步整流的驅(qū)動方式同步整流的MOSFET介 z高速超大規(guī)模集成電路的尺寸的不斷減小,功耗的不斷降低,要求供電電壓也越來越低,而輸出電流則越來越大。z電源本身的高輸出電流、低成本、高頻化(500kHz1MHz高功率密度、高可靠性、高效率的方向發(fā)展。z在低電壓、大電流輸出DC-DC變換器的整流管,其功耗占變換器全部功耗的5060%。z用低導(dǎo)通電阻MOSFET代替常規(guī)肖特基整流/續(xù)流二極管,可以大大降低整流部分的功耗,提高變換器的性能,實現(xiàn)電源的高效率,高功率密度。 diode MOSFET =DMOSFET 代替di

2、ode G 相當(dāng)于二極管的功能 S DS電流從流向 V/I 特性,工作于3rd 象限z 用MOSFET 來代替二極管在電路中的整流功能z 相對于二極管的開關(guān)算好極小z 整流的時序受到MOSFET 的Vgs控制,可以根據(jù)系統(tǒng)的需要,g 把整流的損耗做到最小 例如:一個5V 30A輸出的電源 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同步整流的分類 BUCK同步整流電路與波形 同步整流的分類 Boost同步整流電路與波形 同步整流的分類 Flyback 同步整流電路與波形 同步整流的分類 復(fù)位繞組Forward同步整流電路與波形 同步整流的分類 有源鉗位Forward F d同步整流電路 LLC 半橋同步整流電路與波形 全橋倍流同步整流電路與波形 電壓型自驅(qū)動自驅(qū)動同步整流電流型自驅(qū)動半自驅(qū)驅(qū)動方式 外部驅(qū)動 電壓型自驅(qū)動同步整流電路特點驅(qū)動電壓:SR所在回路中的某一電壓要求:波形轉(zhuǎn)換快,時序準(zhǔn)確,無死區(qū)優(yōu)點:電路簡單,實用,節(jié)約成本缺點:驅(qū)動方式隨電路結(jié)構(gòu)而不同;受輸入電壓變化范圍的影響;受變壓器漏感影響;不能用于

4、并聯(lián)工作的SR DC 圍的影響;受變壓器漏感影響;不能用于并聯(lián)工作的SR-DC/DC變換器中;對變換器輕載時的工作有影響。存在死區(qū),驅(qū)動波形不好,驅(qū)動電壓和時序不好安排。存在死區(qū)驅(qū)動波形不好驅(qū)動電壓和時序不好安排 正激電壓型自驅(qū)動同步整流電路與波形 電流型自驅(qū)動同步整流電路特點驅(qū)動電壓:SR中的電流通過電流互感器產(chǎn)生優(yōu)點:驅(qū)動波形無死區(qū),不受輸入電壓影響,不受電優(yōu)點動波無不受輸電壓響不受電路結(jié)構(gòu)的影響,可用于并聯(lián)運行的DC-DC變換器。驅(qū)動信號同步性好,利用流,較低的壓降就能獲得較高的壓檢測信利用電流互感器較低的壓降就能獲得較高的電壓檢測信號,因此,檢測大電流時具備很大的優(yōu)勢缺點:電流檢測元件

5、有損耗,影響電路的整體效率缺點:電流檢測元件有損耗 電流型自 驅(qū)動同步整流電路 體二極管有損耗,體極管有損耗實際使用中并聯(lián)肖特基二極管 實用反激電流型自驅(qū)動同步整流電路 半自驅(qū)動同步整流電路特點其驅(qū)動波形的上升或下降沿,個是由主變壓器提其驅(qū)動波形的上升或下降沿,一個是由主變壓器提供的信號,另一個是獨立的外驅(qū)動電路提供的信號。針對自驅(qū)的負(fù)壓問題,用單獨的放電回路,提供同針對自驅(qū)的負(fù)壓問題用單獨的放電回路提供同步整流管的關(guān)斷信號,避開了自驅(qū)動負(fù)壓放電的電壓超標(biāo)問題。 正激半自驅(qū)動同步整流電路 外驅(qū)動同步整流電路特點驅(qū)動電壓:來自外設(shè)驅(qū)動電路或初級的控制IC同步信號:主開關(guān)管的驅(qū)動信號來控制優(yōu)點:控

6、制時序精確,SR效率較高優(yōu)點控制時序精確缺點:驅(qū)動電路復(fù)雜,有損耗,成本高,開發(fā)周期長外部驅(qū)動電路還需要供電,降低了整機(jī)的效率 增強(qiáng)驅(qū)動能力 反激原邊隔離驅(qū)動同步整流電路 外部專用同步整流驅(qū)動IC 電路 同步整流OS MOSFET損耗的計算同步整流尖峰產(chǎn)生與抑制方法MOSFET選擇考慮以BUCK同步整流電路為例來分析 BUCK同步電路 MOSFET導(dǎo)通損耗 MOSFET開通損耗 MOSFET關(guān)斷損耗 Bodydiode導(dǎo)通損耗 BUCK同步整流管關(guān)Bodydiode反向恢復(fù)損耗斷損耗簡化模型 BUCK 同步整流管損耗計算導(dǎo)通損耗取決于MOSFET 的R DS(on,計算公式如下:損耗的主P c

7、on_loss=Irms 2R DS(onD off要來源 I 是流經(jīng)同步整流MOSFET 的電流,而不是BUCK 電性能成本RMS 路的輸出電流。 BUCK 同步整流管損耗計算開通損耗計算公式如下:P off_on = f s Td V DS(off_on(tI D(off_onS (t dt 關(guān)斷損耗計算公式如下:P on_off = f s Td V DS(on_off (tI D(on_off S (t dt BUCK同步整流管損耗計算驅(qū)動損耗計算公式如下:Pdrv_loss = VgsQgfsCoss損耗計算公式如下:Pcoss_loss =1/2 VDS(off2Cossfs BU

8、CK同步整流管損耗計算體二極管導(dǎo)通損耗計算公式如下:PD_con_loss = IFVDFtdfs體二極管反向恢復(fù)耗計算公式如下:PD_rev_loss =VDRQrr fs BUCK 同步整流管尖峰產(chǎn)生的原因z VQ 2關(guān)斷,進(jìn)入死區(qū)時間,VQ 1未開通,負(fù)載電流全部流過VQ 2的體二極管VD 。z 接著VQ 1打開,VD 突然被加上反壓,所以產(chǎn)生很大的反向恢復(fù)電流即很大很大的反向恢復(fù)電流,即VD 的di/dt 很大。z 大的di/dt 會在L 2上產(chǎn)生很大的電壓尖峰(L 2di/dt,Vi 此電壓會疊加在Vin 上z L 1與L 2以及VQ 1的結(jié)電容C 會產(chǎn)生諧振,諧振的BUCK 同步整

9、流電壓尖峰同樣會疊加在Vin 上 BUCK同步整流管關(guān)斷波形Spike DriverOscillation 抑制BUCK同步整流管關(guān)斷波形尖峰 Vin上管慢開快關(guān)PCB layoyt 環(huán)路小上管慢快關(guān)路小 同步整流管關(guān)斷波形尖峰抑制BUCK VinVinC1同步整流管加入RC或者RCD吸收電路 抑制BUCK同步整流管關(guān)斷波形尖峰 加入磁珠來抑制大的di/dt同步整流的MOSFET 同步整流管的選擇 考慮的因素. Rds(on, Qg, temperature, Package, structure Cost, Purchase, delivery time 對于電路來說需要考慮的因素 T Topology, l Operation O i frequency，voltage f l stress current stress, thermal resistor, reliability 同步整流的MOSFET BUCK同步整流管的選擇 最小的 Rds(on并不 能帶來最 小的整機(jī) 損耗，反 而會增加 成本 本 同步整流的MOSFET 選擇BUCK