同步整流技術(shù)
同步整流技術(shù)
產(chǎn)生背景
隨著電子技術(shù)的發(fā)展，電子電路的工作電壓越來越低，電流越來越大。低電壓工作有利于降低電路的整體功率消耗，但也給電源設(shè)計提出了新的難題。
開關(guān)電源的損耗主要有三部分組成：功率開關(guān)管的損耗，高頻變壓器的損耗，輸出端整流管的損耗。在低電壓、大電流輸出的情況下，整流二極管的導(dǎo)通壓降比較高，導(dǎo)致輸出端整流管的損耗顯著增加。即使使用快恢復(fù)二極管（FRD）或超快恢復(fù)二極管（SRD），其導(dǎo)通壓降仍可達(dá)到1.0～1.2V，而采用低壓降的肖特基二極管（SBD）也會產(chǎn)生約0.6V的壓降。這些高壓降元器件導(dǎo)致整流損耗增加，從而降低了電源的效率。
舉個例子來說明問題，假設(shè)使用3.3V甚至更低的供電電壓，并且回路中的電流達(dá)到20A。這種情況下，超快恢復(fù)二極管的整流損耗P=UI=24W已經(jīng)接近或超過電源輸出功率的36%。即使采用肖特基二極管，整流管上的損耗也會占據(jù)18%電源輸出功率。因此，傳統(tǒng)的二極管整流電路無法滿足實現(xiàn)低電壓、大電流開關(guān)電源高效率和小體積的需求，成為限制DC-DC變換器提高效率的瓶頸。
同步整流的特點
同步整流是采用通態(tài)電阻極低的專用功率MOSFET，通常采用SGT工藝的功率MOS管，這種工藝，具有極低的RDSON和更優(yōu)秀的開關(guān)頻率，用以取代整流二極管以降低整流損耗的一項新技術(shù)。它能大大提高DC-DC變換器的效率并且不存在由肖特基勢壘電壓而造成的死區(qū)電壓效應(yīng)。由圖MOS同步整流與二極管整流輸出對比
可以看出，采用MOS管的同步整流輸出表現(xiàn)為線性特點，相比于二極管整流表現(xiàn)更為平穩(wěn)。
同步整流技術(shù)的工作原理
從同步整流原理圖中可以看出，整流管S3和續(xù)流管D2的驅(qū)動電壓從變壓器的副邊繞組取出，加在MOS管的柵G和漏D之間，如果在獨立的電路中MOS管這樣應(yīng)用不能完全開通，損耗很大，但用在同步整流時是可行的簡化方案。由于S3和S4兩個管子開關(guān)狀態(tài)互鎖，一個管子開，另一個管子關(guān)，所以我們只簡要分析電感電流連續(xù)時的開通情況。我們知道MOS管具有體內(nèi)寄生的反并聯(lián)二極管，這樣電感電流連續(xù)應(yīng)用時，MOS管在真正開通之前并聯(lián)的二極管已經(jīng)開通，把源S和漏D相對柵的電平保持一致，加在GD之間的電壓等同于加在GS之間的電壓，這樣變壓器副邊繞組同名端為正時，整流管S3的柵漏GD電壓為正，整流管零壓開通，當(dāng)變壓器副邊繞組為負(fù)時，續(xù)流管D2開通，濾波電感續(xù)流。柵極電壓必須與被整流電壓的相位保持同步才能完成整流功能，這就是同步整流的運行邏輯。
CMD065N04
CMD065N04 Cmos為電源DC-DC模塊開發(fā)的一款物料，得益于Cmos對于半導(dǎo)體先進(jìn)制造工藝的研究和創(chuàng)新，這款物料具有多項優(yōu)秀的參數(shù)，整體性能卓越。
核心優(yōu)勢
CMD065N04是一款耐壓值VDS=40V，采用柵極分割改進(jìn)型溝槽工藝制造的場效應(yīng)晶體管。在常溫環(huán)境條件下，CMD065N04漏源過電流達(dá)到80A，具有優(yōu)秀的功率輸送能力。優(yōu)秀的功率傳遞能力和散熱設(shè)計使其在無刷電機(jī)，電源DC-DC變換器模塊，太陽能蓄電池充放電保護(hù)控制器中被廣泛應(yīng)用，性能可靠穩(wěn)定。
低優(yōu)值系數(shù)：降低能耗，提升效率
優(yōu)值系數(shù)FOM=QG×RDSON 可以定性表達(dá)MOS管的轉(zhuǎn)化效率。由表達(dá)式右端的QG和RDSON兩項參數(shù)可得，F(xiàn)OM是可以反映MOS管自身導(dǎo)通損耗與開關(guān)損耗的。CISS=1000PF或QG=10NC的效率開關(guān)特點，使其用適合用于高頻同步整流的開關(guān)。CMD065N04飽和導(dǎo)通內(nèi)阻RDSON僅為5MΩ,低導(dǎo)通內(nèi)阻值，P=I2×R,使其在DC-DC同步整流過程中功率損耗格外理想。
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