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什么是同步整流

同步整流是一種提高電路轉(zhuǎn)換效率的技術(shù)，該技術(shù)通常在輸出為低壓大電流的開關(guān)電源中使用，因為這種開關(guān)電源的整流電路中一旦有非有效壓降存在，對能量的消耗就會比較可觀，源端就需要給出更多的能量來滿足正常輸出。隨著低壓大電流成為一種趨勢，偉大的前輩們發(fā)明了同步整流技術(shù)——在輸出電路中采用導(dǎo)通電阻極低的****功率mos管替代導(dǎo)通壓降較高的 整流二極管 ，有效提高了電路的轉(zhuǎn)換效率。

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同步整流的代價

任何好的轉(zhuǎn)變都需要付出代價，同步整流電路也不例外。

采用功率MOS管代替整流二極管需要有驅(qū)動電路，因為它并不能像整流二極管一樣自動截止反向電流，從而導(dǎo)致成本變高，同時驅(qū)動電路還要保證給到柵極的驅(qū)動電壓與被整流電壓保持相位同步，即達到所謂同步整流的目的，因此如何精準控制MOS管的開關(guān)成了同步整流的難點。

同步整流MOS管的驅(qū)動方式主要有兩種：自驅(qū)動和外驅(qū)動（也叫自激和他激），自驅(qū)動同步整流電路又分為電壓型和電流型，電壓型自驅(qū)動電路結(jié)構(gòu)簡單，成本低，多用于帶有變壓器的開關(guān)電源，因為其驅(qū)動電壓一般來自同步整流管所在回路中的變壓器繞組或其他輔助繞組，電流型自驅(qū)動電路的驅(qū)動電壓為同步整流管中的電流經(jīng)電流互感器產(chǎn)生，但電流互感器的價格相對比較昂貴；外驅(qū)動同步整流適用于所有開關(guān)電源，控制時序精確，但需要外設(shè)驅(qū)動電路，成本較高。

03

同步整流電路的設(shè)計

下面就正式進入主題，如何設(shè)計一個同步整流電路。由于是針對低壓大電流開關(guān)電源，下面就只針對BUCK（降壓）電源、FORWARD（正激）電源和FLYBACK（反激）電源來討論。

首先引入眼簾的是BUCK電源，利用低導(dǎo)通電阻的MOS管Q2代替D1作續(xù)流管使用，通常采用外驅(qū)動方式控制Q2的導(dǎo)通與斷開，其驅(qū)動方式為主開關(guān)Q1導(dǎo)通時同步整流管Q2斷開，主開關(guān)Q1斷開時同步整流管Q2導(dǎo)通，這種驅(qū)動方式也被稱作互補型驅(qū)動，由于主開關(guān)、同步整流管在同一側(cè)，其控制電路的設(shè)計也不復(fù)雜，但需避免Q1、Q2同時導(dǎo)通的情況發(fā)生。

FORWARD開關(guān)電源可以看作是在BUCK電源中增加了變壓器，在做同步整流設(shè)計時只需要用MOS管代替副邊線圈中的整流二極管。需注意的是，為方便同步整流設(shè)計，在保證同步整流管的體二極管方向與普通整流電路中整流二極管一致的情況下，可將同步整流管共地連接。

FORWARD電源的同步整理管可采用自驅(qū)動/外驅(qū)動兩種驅(qū)動方式，自驅(qū)動電路如下圖所示。

以直接自驅(qū)動電路為例，當原邊線圈與副邊線圈都導(dǎo)通時，同步整流管Q1起整流作用,Q2斷開；當原邊線圈未導(dǎo)通時，同步整流管Q2起續(xù)流作用,Q1斷開。

可以發(fā)現(xiàn)，直接自驅(qū)動的驅(qū)動信號直接來自變壓器副邊繞組，但當變壓器復(fù)位為0時，電流需經(jīng)同步整流管Q2的體二極管續(xù)流，反而容易增加電路損耗，因此如何減少體二極管的續(xù)流時間為自驅(qū)動電路優(yōu)化的一個方向。

同步整流電路的外驅(qū)動電路設(shè)計我們以反激式開關(guān)電源為例進行講解。

同樣的，將副邊線圈中的續(xù)流二極管D1用同步整流管Q1替代，就構(gòu)成了反激式開關(guān)電源的同步整流電路。反激式開關(guān)電源的同步整流自驅(qū)動方式和其工作模式有關(guān)，當工作在DCM（電流斷續(xù)）模式下，可采用通過電流互感器得到的電壓來控制Q1的開關(guān)，并采用輔助繞組產(chǎn)生驅(qū)動電壓；當工作在CCM（電流連續(xù)）模式下，可采用驅(qū)動變壓器實現(xiàn)自驅(qū)動，因此自驅(qū)動電路成本都比較高。

反激式開關(guān)電源的同步整流管外驅(qū)動電路如上圖所示，其工作原理為:電壓檢測模塊VS用于檢測同步整流管漏極電壓，當漏極電壓低于VREF1時，比較器1輸出比較信號到邏輯電路，邏輯電路輸出開啟信號到驅(qū)動電路，同步整流管開啟；

當電壓檢測模塊檢測到同步整流管漏極電壓大于VREF2時，比較器2輸出比較信號到邏輯電路，邏輯電路輸出關(guān)斷信號到驅(qū)動電路，同步整流管關(guān)斷。通過檢測同步整流管漏極電壓來得到柵極控制信號的方法較為常見，控制同步整流管的開關(guān)的效果也較好，但控制電路的設(shè)計較為復(fù)雜，使用的元器件也較多。

盡管同步整流自驅(qū)動電路比較簡單，但可靠性較低，只適用于一些特定電路中，實際上也可以通過增加控制電路來改善自驅(qū)動電路，但成本和復(fù)雜度又會進一步增加，難以體現(xiàn)出自驅(qū)動的優(yōu)勢；同步整流外驅(qū)動電路即為同步整流管設(shè)計一個控制電路，電路復(fù)雜性較高，但可靠性高，可控性好。在低壓大電流趨勢下，同步整流外驅(qū)動芯片市場看好。