什么是同步整流器？開(kāi)關(guān)MOSFET較同步整流器在功率電源中的耗散如何？

　　什么是同步整流？

　　同步整流是采用通態(tài)電阻極低的專(zhuān)用功率MOSFET，來(lái)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電壓。

　　同步整流的基本電路結構功率MOSFET屬于電壓控制型器件，它在導通時(shí)的伏安特性呈線(xiàn)性關(guān)系。

　　用功率MOSFET做整流器時(shí)，要求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，故稱(chēng)之為同步整流。PS7516和PS7616是鋰電池升壓輸出5V1A，2A的同步整流升壓經(jīng)典IC，FP6717，FP6716也是鋰電池升壓輸出5V3A，5V2A中的佼佼者。

　　為什么要應用同步整流技術(shù)電子技術(shù)的發(fā)展，使得電路的工作電壓越來(lái)越低、電流越來(lái)越大。低電壓工作有利于降低電路的整體功率消耗，但也給電源設計提出了新的難題。開(kāi)關(guān)電源的損耗主要由3部分組成：功率開(kāi)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，整流二極管的導通壓降較高，輸出端整流管的損耗尤為突出?？旎謴?a class="contentlabel" href="http://dyxdggzs.com/news/listbylabel/label/二極管">二極管（FRD）或超快恢復二極管（SRD）可達1.0～1.2V，即使采用低壓降的肖特基二極管（SBD），也會(huì )產(chǎn)生大約0.6V的壓降，這就導致整流損耗增大，電源效率降低。

　　舉例說(shuō)明，筆記本電腦普遍采用3.3V甚至1.8V或1.5V的供電電壓，所消耗的電流可達20A。此時(shí)超快恢復二極管的整流損耗已接近甚至超過(guò)電源輸出功率的50%。即使采用肖特基二極管，整流管上的損耗也會(huì )達到（18%～40%）PO，占電源總損耗的60%以上。因此，傳統的二極管整流電路已無(wú)法滿(mǎn)足實(shí)現低電壓、大電流開(kāi)關(guān)電源高效率及小體積的需要，成為制約DC/DC變換器提高效率的瓶頸。

　　同步整流比之于傳統的肖特基整流技術(shù)可以這樣理解：這兩種整流管都可以看成一扇電流通過(guò)的門(mén)，電流只有通過(guò)了這扇門(mén)才能供負載使用。傳統的整流技術(shù)類(lèi)似于一扇必須要通過(guò)有人大力推才能推開(kāi)的門(mén)，故電流通過(guò)這扇門(mén)時(shí)每次都要巨大努力，出了一身汗，損耗自然也就不少了。

　　而同步整流技術(shù)有點(diǎn)類(lèi)似我們通過(guò)的較高檔場(chǎng)所的感應門(mén)了：它看起來(lái)是關(guān)著(zhù)的，但你走到它跟前需要通過(guò)的時(shí)候，它就自己開(kāi)了，根本不用你自己費大力去推，所以自然就沒(méi)有什么損耗了。通過(guò)上面這個(gè)類(lèi)比，我們可以知道，同步整流技術(shù)就是大大減少了開(kāi)關(guān)電源輸出端的整流損耗，從而提高轉換效率，降低電源本身發(fā)熱。

　　在大功率電源當中，MOS器件的消耗至關(guān)重要。其很有可能關(guān)系到電源的整體效率。在之前的文章中，小編為大家介紹了一些功率耗散的方法，在本文中，小編將為大家介紹同步整流器耗散與開(kāi)關(guān)MOSFET的耗散的相關(guān)知識。

　　什么是同步整流器？它的功耗如何？

　　同步整流器的耗散

　　對于除最大負載外的所有負載，在開(kāi)、關(guān)過(guò)程中，同步整流器的MOSFET的漏源電壓通過(guò)捕獲二極管箝制。因此，同步整流器沒(méi)有引致開(kāi)關(guān)損耗，使其功率耗散易于計算。需要考慮只是電阻耗散。

　　最壞情況下?lián)p耗發(fā)生在同步整流器負載系數最大的情況下，即在輸入電壓為最大值時(shí)。通過(guò)使用同步整流器的RDS（ON）HOT和負載系數以及歐姆定律，就可以計算出功率耗散的近似值：

　　PDSYNCHRONOUSRECTIFIER=［ILOAD2&TImes;RDS（ON）HOT］&TImes;［1》-）］

　　開(kāi)關(guān)MOSFET的耗散

　　開(kāi)關(guān)MOSFET電阻損耗的計算與同步整流器的計算相仿，采用其（不同的）負載系數和RDS（ON）HOT：PDRESISTIVE=［ILOAD2×RDS（ON）HOT］×（VOUT/VIN）

　　由于它依賴(lài)于許多難以定量且通常不在規格參數范圍、對開(kāi)關(guān)產(chǎn)生影響的因素，開(kāi)關(guān)MOSFET的開(kāi)關(guān)損耗計算較為困難。在下面的公式中采用粗略的近似值作為評估一個(gè)MOSFET的第一步，并在以后在實(shí)驗室內對其性能進(jìn)行驗證：PDSWITCHING=（CRSS×VIN2×fSW×ILOAD）/IGATE。

　　其中CRSS為MOSFET的反向轉換電容（一個(gè)性能參數），fSW為開(kāi)關(guān)頻率，而IGATE為MOSFET的啟動(dòng)閾值處（柵極充電曲線(xiàn)平直部分的VGS）的MOSFET柵極驅動(dòng)的吸收電流和的源極電流。

　　一旦根據成本（MOSFET的成本是它所屬于那一代產(chǎn)品的非常重要的功能）將選擇范圍縮小到特定的某一代MOSFET，那一代產(chǎn)品中功率耗散最小的就是具有相等電阻損耗和開(kāi)關(guān)損耗的型號。若采用更?。ǜ欤┑钠骷?，則電阻損耗的增加幅度大于開(kāi)關(guān)損耗的減小幅度。

　　而采用更大［RDS（ON）低］的器件中，則開(kāi)關(guān)損耗的增加幅度大于電阻損耗的減小幅度。

　　如果VIN是變化的，必須同時(shí)計算在VIN（MAX）和VIN（MIN）處的開(kāi)關(guān)MOSFET的功率耗散。MOSFET最壞情況下功率耗散將出現在最小或最大輸入電壓處。耗散為兩個(gè)函數的和：在VIN（MIN）（較高的負載系數）處達到最大的電阻耗散，和在VIN（MAX）（由于VIN2的影響）處達到最大的開(kāi)關(guān)耗散。最理想的選擇略等于在VIN極值的耗散，它平衡了VIN范圍內的電阻耗散和開(kāi)關(guān)耗散。

　　如果在VIN（MIN）處的耗散明顯較高，電阻損耗為主。在這種情況下，可以考慮采用較大的開(kāi)關(guān)MOSFET，或并聯(lián)多個(gè)以達到較低的RDS（ON）值。但如果在VIN（MAX）處的耗散明顯較高，則可以考慮減小開(kāi)關(guān)MOSFET的尺寸（如果采用多個(gè)器件，或者可以去掉MOSFET）以使其可以更快地開(kāi)關(guān)。

　　如果所述電阻和開(kāi)關(guān)損耗平衡但還是太高，有幾個(gè)處理方式：

　　改變題目設定。例如，重新設定輸入電壓范圍;改變開(kāi)關(guān)頻率，可以降低開(kāi)關(guān)損耗，且可能使更大、更低的RDS（ON）值的開(kāi)關(guān)MOSFET成為可能;增大柵極驅動(dòng)電流，降低開(kāi)關(guān)損耗。MOSFET自身最終限制了柵極驅動(dòng)電流的內部柵極電阻，實(shí)際上局限了這一方案;采用可以更快同時(shí)開(kāi)關(guān)并具有更低RDS（ON）值和更低的柵極電阻的改進(jìn)的MOSFET技術(shù)。

　　由于元器件選擇數量范圍所限，超出某一特定點(diǎn)對MOSFET尺寸進(jìn)行精確調整也許不太可能，其底線(xiàn)在于MOSFET在最壞情況下的功率必須得以耗散。

　　本文主要為大家介紹了在大功率電源當中MOS器件耗散的兩種方式。通過(guò)對這兩種方式的講解，詳細大家都能夠對其中的一些關(guān)鍵點(diǎn)理解透徹。