開關電源中的同步整流電路
好長時間沒有更新公眾號了，儘管表示很焦慮，但每天下班就只想懶洋洋待著，做一些不費腦子的事情，我想也許是我每天的「自控力」被其他事情耗盡了吧！不過據說自控力的總值是可以經鍛鍊變多的，而且還有正反饋一說，所以燥起來吧，讓自己每天能做更多事情。
原本這次想寫反激式開關電源的，這個主題雖然以前也寫過，但那時候道行太淺，如今再寫應該會更深入些，不過今天我還是把魔掌伸向了同步整流，一是我最近接觸這個比較多，二是反激式開關電源的內容還沒準備好，先拿這個過渡一下。
01、什麼是同步整流
同步整流是一種提高電路轉換效率的技術，該技術通常在輸出為低壓大電流的開關電源中使用，因為這種開關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，偉大的前輩們發明了同步整流技術——在輸出電路中採用導通電阻極低的功率mos管替代導通壓降較高的整流二極體，有效提高了電路的轉換效率。
02、同步整流的代價
任何好的轉變都需要付出代價，同步整流電路也不例外。
採用功率MOS管代替整流二極體需要有驅動電路，因為它並不能像整流二極體一樣自動截止反向電流，從而導致成本變高，同時驅動電路還要保證給到柵極的驅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管的開關成了同步整流的難點。
同步整流MOS管的驅動方式主要有兩種：自驅動和外驅動（也叫自激和他激），自驅動同步整流電路又分為電壓型和電流型，電壓型自驅動電路結構簡單，成本低，多用於帶有變壓器的開關電源，因為其驅動電壓一般來自同步整流管所在迴路中的變壓器繞組或其他輔助繞組，電流型自驅動電路的驅動電壓為同步整流管中的電流經電流互感器產生，但電流互感器的價格相對比較昂貴；外驅動同步整流適用於所有開關電源，控制時序精確，但需要外設驅動電路，成本較高。
03、同步整流電路的設計
下面就正式進入主題，如何設計一個同步整流電路。由於是針對低壓大電流開關電源，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。
首先引入眼帘的是BUCK電源，利用低導通電阻的MOS管Q2代替D1作續流管使用，通常採用外驅動方式控制Q2的導通與斷開，其驅動方式為主開關Q1導通時同步整流管Q2斷開，主開關Q1斷開時同步整流管Q2導通，這種驅動方式也被稱作互補型驅動，由於主開關、同步整流管在同一側，其控制電路的設計也不複雜，但需避免Q1、Q2同時導通的情況發生。
FORWARD開關電源可以看作是在BUCK電源中增加了變壓器，在做同步整流設計時只需要用MOS管代替副邊線圈中的整流二極體。需注意的是，為方便同步整流設計，在保證同步整流管的體二極體方向與普通整流電路中整流二極體一致的情況下，可將同步整流管共地連接。
FORWARD電源的同步整理管可採用自驅動/外驅動兩種驅動方式，自驅動電路如下圖所示。
以直接自驅動電路為例，當原邊線圈與副邊線圈都導通時，同步整流管Q1起整流作用,Q2斷開；當原邊線圈未導通時，同步整流管Q2起續流作用,Q1斷開。可以發現，直接自驅動的驅動信號直接來自變壓器副邊繞組，但當變壓器復位為0時，電流需經同步整流管Q2的體二極體續流，反而容易增加電路損耗，因此如何減少體二極體的續流時間為自驅動電路優化的一個方向。
同步整流電路的外驅動電路設計我們以反激式開關電源為例進行講解。
同樣的，將副邊線圈中的續流二極體D1用同步整流管Q1替代，就構成了反激式開關電源的同步整流電路。反激式開關電源的同步整流自驅動方式和其工作模式有關，當工作在DCM（電流斷續）模式下，可採用通過電流互感器得到的電壓來控制Q1的開關，並採用輔助繞組產生驅動電壓；當工作在CCM（電流連續）模式下，可採用驅動變壓器實現自驅動，因此自驅動電路成本都比較高。
反激式開關電源的同步整流管外驅動電路如上圖所示，其工作原理為:電壓檢測模塊VS用於檢測同步整流管漏極電壓，當漏極電壓低於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於VREF2時，比較器2輸出比較信號到邏輯電路，邏輯電路輸出關斷信號到驅動電路，同步整流管關斷。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的效果也較好，但控制電路的設計較為複雜，使用的元器件也較多。
儘管同步整流自驅動電路比較簡單，但可靠性較低，只適用於一些特定電路中，實際上也可以通過增加控制電路來改善自驅動電路，但成本和複雜度又會進一步增加，難以體現出自驅動的優勢；同步整流外驅動電路即為同步整流管設計一個控制電路，電路複雜性較高，但可靠性高，可控性好。在低壓大電流趨勢下，同步整流外驅動晶片市場看好。
該內容是小編轉載OperatingPoint，僅供學習交流使用，如有侵權，請聯繫刪除。如果你還想了解更多關於電子元器件的相關知識及電子元器件行業實時市場信息，敬請關注微信公眾號 【上海衡麗貿易有限公司】主要以代理：鋁電解電容、薄膜電容、MOSFET、壓敏電阻、保險絲等國產知名品牌元器件。