同步整流buck电路原理

同步整流buck电路原理

同步整流是采用通态电阻极低的专用功率MOSFET，来取代整流二极管以降低整流损耗的一项新技术。它能大大提高DC/DC变换器的效率并且不存在由肖特基势垒电压而造成的死区电压。

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Buck电路是由一个功率晶体管开关Q与负载串联构成的，其电路如图3.1。驱动信号ub周期地控制功率晶体管Q的导通与截止，当晶体管导通时，若忽略其饱和压降，输出电压uo等于输入电压；当晶体管截止时，若忽略晶体管的漏电流，输出电压为0。电路的主要工作波形如图3.2。

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同步整流buck电路原理

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?同步整流buck电路图如下：

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同步整流结构：用功率mosfet替代整流二极管，可以提高转换器效率。

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buck变换器的输出电压平均值总是小于输入电压

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同步整流电路

随着现代电子技术向高速度高频率发展的趋势，电源模块的发展趋势必然是朝着更低电压、更大电流的方向发展，电源整流器的开关损耗及导通压降损耗也就成为电源功率损耗的重要因素。而在传统的次级整流电路中，肖特基二极管是低电压、大电流应用的首选。其导通压降基本上都大于0.4V，当电源模块的输出电压随着现代电子技术发展继续降低时，电源模块的效率就低得惊人了，例如在输出电压为3.3V时效率降为80%，1.5V输出时效率不到70%，这时再采用肖特基二极管整流方式就变得不太可能了。 为了提高效率降低损耗，采用同步整流技术已成为低电压、大电流电源模块的一种必然手段。同步整流技术大体上可以分为自驱动（selfdriven）和他驱动（controldriven）两种方式。本文介绍了一种具有预测时间和超低导通电阻（低至2.8mΩ/25℃）的他驱动同步整流技术，既达到了同步整流的目的，降低了开关损耗和导通损耗，又解决了交叉导通问题，使同步整流的效率高达95%，从而使整个电源的效率也高达90%以上。 1SRM4010同步整流模块功能简介 SRM4010是一种高效率他激式同步整流模块，它直接和变压器的次级相连，可提供40A的输出电流，输出电压范围在1∽5V之间。它能够在200∽400kHz 工作频率范围内调整，且整流效率高达95%。如果需要更大的电流，还可以直接并联使用，使设计变得非常简单。 SRM4010模块是一种9脚表面封装器件，模块被封装在一个高强电流接口装置包里，感应系数极低，接线端功能强大，具有大电流低噪声等优异特性。 SRM4010引脚功能及应用方式一览表 引脚号引脚名称引脚功能应用方式 1CTCHCatch功率MOSFET漏极接滤波电感和变压器次级正端 2FWDForward功率MOSFET漏极接变压器次级负端 3SGND外控信号参考地外围控制电路公共地 4REGin内部线性调整器输入可以外接辅助绕组或悬空 5REGout5V基准输出可为次级反馈控制电路提供电压 6PGND同步整流MOSFET功率地Catch和Forward功率MOSFET公共地 7CDLY轻载复位电容端设置变压器轻载时的复位时间 8CPDT同步整流预测时间电容端Catch同步整流管设置预置时间

同步整流技术总结

同步整流总结 1概述 近年来，为了适应微处理器的发展，模块电源的发展呈现两个明显的发展趋势：低 压和快速动态响应，在过去的10年中，模块电源大大改善了分布式供电系统的面貌。即使是在对成本敏感器件如线路卡，单板安装，模块电源也提供了诱人的解决方案。然而，高速处理器持续降低的工作电压需要一个全新的，适应未来的电压方案，尤其考虑到肖特级二极管整流模块不能令人满意的效率。同步整流电路正是为了适应低压输出要求应运而生的。由于一般的肖特基二极管的正向压降为0.3V以上，在低压输出时模块的效率 就不能做的很高，有资料表明采用肖特基二极管的隔离式DC-DC模块电源的效率可以 按照下式进行估算： V out V out (0.1 V out V cu V f) 0.1 V out—原边和控制电路损耗 V cu —印制板的线路损耗 V f —整流管导通压降损耗 我们假设采用0.4V的肖特基整流二极管，印制板的线路损耗为0.1V，则1.8V的模 块最大的估算效率为 72%。这意味着28%的能量被模块内部损耗了。其中由于二极管导通压降造成的损耗占了约15%。随着半导体工艺的发展，低压功率MOS管的的有着越 来越小的通态电阻，越来越低的开关损耗，现在IR公司最新的技术可以制作30V/2.5m Q的MOS管，在电流为15A时，导通压降为0.0375,比采用肖特基二极管低了一个数量级。所以近年来对同步整流电路的研究已经引起了人们的极大关注。在中大功率低压输出的DC-DC变换器的产品开发中，采用低压功率MOSFET替代肖特基二极管的方案 得到了广泛的认同。今天，采用同步整流技术的ON-BOARD 模块已经广泛应用于通讯 的所有领域。 2同步整流电路的工作原理 图1采用同步整流的正激电路示意图(无复位绕组)

同步整流电路分析

一、传统二极管整流电路面临的问题 近年来，电子技术的发展，使得电路的工作电压越来越低、电流越来越大。低电压工作有利于降低电路的整体功率消耗，但也给电源设计提出了新的难题。 开关电源的损耗主要由3部分组成：功率开关管的损耗，高频变压器的损耗，输出端整流管的损耗。在低电压、大电流输出的情况下，整流二极管的导通压降较高，输出端整流管的损耗尤为突出。快恢复二极管（FRD）或超快恢复二极管（SRD）可达～，即使采用低压降的肖特基二极管（SBD），也会产生大约的压降，这就导致整流损耗增大，电源效率降低。 举例说明，目前笔记本电脑普遍采用甚至或的供电电压，所消耗的电流可达20A。此时超快恢复二极管的整流损耗已接近甚至超过电源输出功率的50％。即使采用肖特基二极管，整流管上的损耗也会达到（18％～40％）P O，占电源总损耗的60％以上。因此，传统的二极管整流电路已无法满足实现低电压、大电流开关电源高效率及小体积的需要，成为制约DC ／DC变换器提高效率的瓶颈。 二、同步整流的基本电路结构 同步整流是采用通态电阻极低的专用功率MOSFET，来取代整流二极管以降低整流损耗的一项新技术。它能大大提高DC／DC变换器的效率并且不存在由肖特基势垒电压而造成的死区电压。功率MOSFET属于电压控制型器件，它在导通时的伏安特性呈线性关系。用功率MOSFET做整流器时，要求栅极电压必须与被整流电压的相位保持同步才能完成整流功能，故称之为同步整流。 1、基本的变压器抽头方式双端自激、隔离式降压同步整流电路 2、单端自激、隔离式降压同步整流电路 图1 单端降压式同步整流器的基本原理图 基本原理如图1所示，V1及V2为功率MOSFET，在次级电压的正半周，V1导通，V2关断，V1起整流作用；在次级电压的负半周，V1关断，V2导通，V2起到续流作用。同步整流电路的

同步整流技术最新

同步整流技术
电源网第20届技术交流会
邹超洋
2012.11

内 容 简 介
?同步整流简介。 ?同步整流的分类。 。 ?同步整流的驱动方式 ?同步整流的 MOSFET

同步整流简介
z 高速超大规模集成电路的尺寸的不断减小，功耗的不断降低，要求
供电电压也越来越低，而输出电流则越来越大。 z 电源本身的高输出电流、低成本、高频化（500kHz～1MHz）高 功率密度、高可靠性、高效率的方向发展。 z 在低电压、大电流输出DC-DC变换器的整流管，其功耗占变换器 全部功耗的50～60％。 z用低导通电阻MOSFET代替常规肖特基整流/续流二极管，可以大大 降低整流部分的功耗，提高变换器的性能，实现电源的高效率，高功 率密度。

同步整流简介
diode
=
MOSFET 代替diode
MOSFET
D
相当于二极管的功能 ?电流从S流向D ?V/I特性,工作于3rd 象限
G S
z 用MOSFET来代替二极管在电路中的整流功能
z 相对于二极管的开关算好极小 g 控制，可以根据系统的需要， z 整流的时序受到MOSFET的Vgs 把整流的损耗做到最小

同步整流简介
? 例如：一个5V?30A输出的电源
Diode
Vf=0.45V Ploss=0.45*30=13.5W Ploss/Po=13.5/45=30% /Po=13 5/45=30% Rdson=1.2m? Ploss=0.0012*30 0 0012*302=1.08W 1 08W Ploss/Po=1.08/45=2.4%
Mosfet
MBR8040(R)
SC010N04LS

倍流同步整流在DCDC变换器中工作原理分析

倍流同步整流在DC/DC变换器中工作原理分析 在低压大电流变换器中倍流同步整流拓扑结构已经被广泛采用。就其工作原理进行了详细的分析说明，并给出了相应的实验和实验结果。 关键词：倍流整流；同步整流；直流/直流变换器；拓扑 0 引言 随着微处理器和数字信号处理器的不断发展，对芯片的供电电源的要求越来越高了。不论是功率密度、效率和动态响应等方面都有了新要求，特别是要求输出电压越来越低，电流却越来越大。输出电压会从过去的3.3V降低到1.1～1.8 V之间，甚至更低[1]。从电源的角度来看，微处理器和数字信号处理器等都是电源的负载，而且它们都是动态的负载，这就意味着负载电流会在瞬间变化很大，从过去的13A/μs到将来的30A/μs～50A/μs[2]。这就要求有能够输出电压低、电流大、动态响应好的变换器拓扑。而对称半桥加倍流同步整流结构的DC/DC变 换器是最能够满足上面的要求的[3]。 本文对这种拓扑结构的变换器的工作原理作出了详细的分析说明，实验结果 证明了它的合理性。 1 主电路拓扑结构 主电路拓扑如图1中所示。由图1可以看出，输入级的拓扑为半桥电路，而输出级是倍流整流加同步整流结构。由于要求电路输出低压大电流，则倍流同步 整流结构是最合适的，这是因为： 图1 主电路拓扑 1）变压器副边只需一个绕组，与中间抽头结构相比较，它的副边绕组数只有中间抽头结构的一半，所以损耗在副边的功率相对较小； 2）输出有两个滤波电感，两个滤波电感上的电流相加后得到输出负载电流，而这两个电感上的电流纹波有相互抵消的作用，所以，最终得到了很小的输出电 流纹波；

3）流过每个滤波电感的平均电流只有输出电流的一半，与中间抽头结构相比较，在输出滤波电感上的损耗明显减小了； 4）较少的大电流连接线（high current inter-connection），在倍流整流拓扑中，它的副边大电流连接线只有2路，而在中间抽头的拓扑中有3路； 5）动态响应很好。 它唯一的缺点就是需要两个输出滤波电感，在体积上相对要大些。但是，有一种叫集成磁（integrated magnetic）的方法，可以将它的两个输出滤波电感和变压器都集成到同一个磁芯内，这样可以大大地减小变换器的体积。 2 电路基本工作原理 电路在一个周期内可分为4个不同的工作模式，如图2所示，理想的波形图 如图3所示。 (a) 模式1[t0－t1] (b) 模式2[t1－t2]

同步整流电路分析

同步整流电路分析作者gyf2000 日期2007-4-22 20:21:00 一、传统二极管整流电路面临的问题 近年来，电子技术的发展，使得电路的工作电压越来越低、电流越来越大。低电压工作有利于降低电路的整体功率消耗，但也给电源设计提出了新的难题。 开关电源的损耗主要由3部分组成：功率开关管的损耗，高频变压器的损耗，输出端整流管的损耗。在低电压、大电流输出的情况下，整流二极管的导通压降较高，输出端整流管的损耗尤为突出。快恢复二极管（FRD）或超快恢复二极管（SRD）可达1.0～1.2V，即使采用低压降的肖特基二极管（SBD），也会产生大约0.6V的压降，这就导致整流损耗增大，电源效率降低。 举例说明，目前笔记本电脑普遍采用3.3V甚至1.8V或1.5V的供电电压，所消耗的电流可达20A。此时超快恢复二极管的整流损耗已接近甚至超过电源输出功率的50％。即使采用肖特基二极管，整流管上的损耗也会达到（18％～40％）P O，占电源总损耗的60％以上。因此，传统的二极管整流电路已无法满足实现低电压、大电流开关电源高效率及小体积的需要，成为制约DC／DC变换器提高效率的瓶颈。 二、同步整流的基本电路结构 同步整流是采用通态电阻极低的专用功率MOSFET，来取代整流二极管以降低整流损耗的一项新技术。它能大大提高DC／DC变换器的效率并且不存在由肖特基势垒电压而造成的死区电压。功率MOSFET属于电压控制型器件，它在导通时的伏安特性呈线性关系。用功率MOSFET做整流器时，要求栅极电压必须与被整流电压的相位保持同步才能完成整流功能，故称之为同步整流。 1、基本的变压器抽头方式双端自激、隔离式降压同步整流电路

同步整流的基本工作原理

同步整流的基本工作原理 https://www.wendangku.net/doc/9519041355.html,文章出处：发布时间：2008/10/09 | 6869 次阅读| 1次推荐| 0条留言 Samtec连接器完整的信号来源开关，电源限时折扣最低45折每天新产品时刻新体验ARM Cortex-M3内核微控制器最新电子元器件资料免费下载完整的15A开关模式电源首款面向小型化定向照明应用代替 图1（a）所示为N沟道功率MOS管构成的同步整流管SR和SBD整流二极管的电路图形符号，整流二极管有两个极：即阳极A和阴极K。功率MOS管有三个极：即漏极D、源极S和门极G。在用做同步整流管时，将功率MOS管反接使用，即源极S接电源正端，相当于二极管的阳极A；漏极D接电压负端，相当于二极管的阴极K；当功率MOS管在门极G信号的作用下导通时，电流电源极S流向漏极D。而功率MOS管作为开关使用时，漏极D接电源正端，源极S接电压负端；导通时，相当于开关闭合，电流由漏极D流向源极S。 图1 同步整流管和整流二极管 同步整流管SR及整流二极管构成的半波整流电路如图1（b）所示。当SR的门极驱动电压ug，与正弦波电源电压仍同步变化时，则负载R上得到的是与二极管整流电路相同的半波正弦波电压波形1fR。 同步整流管的源一漏极之间有寄生的体二极管，还有输出结电容（未画出），驱动信号加在门极和源极（G-S）之间，是一种可控的开关器件。皿关断时，电流仍然可以由体二极管流通。不过m体二极管的正向导通压降和反向恢复时间都比SBD大得多，因此，一旦电流流过SR的体二极管，则整流损耗将明显增加。

由于同步整流是由可控的三端半导体开关器件来实现的，因此必须要有符合一定时序关系的门极驱动信号去控制它，使其像一个二极管一样地导通和关断。驱动方法对银的整体性能影响很大，因此，门极驱动信号往往是设计同步整流电路时必须要解决的首要问题。例如，SR开通过早或关断过晚，都可能造成短路，而开通过晚或关断过早又可能使SR的体二极管导通，使整流损耗和器件应力增大。 综上所述，当功率MOS管反接时可以作为SR使用，其特点如下： （1）SR是一个可控的三极开关器件，在门极和源极之间加人驱动信号时，可以控制功率MOS管源极S和漏极D之间的通/断。 （2）门极驱动信号和源极电压同步，如源极为高电平时，驱动信号也是高电平则MOS 管导通；反之，源极为低电平时，驱动信号也是低电平，则MOS管关断；这样就自然实现了整流，而且电流也只能由源极s流向漏极D。由于是通过门极信号和源极电压同步来实现整流的，因此把这种整流方式称为同步整流。 （3）用于PWM开关转换器中的同步整流管SD代替SBD作为整流管或续流工作时，必须保证门极有正确的控制时序，使其工作与PWM开关转换器的主开关管同步协调工作。因此不同的开关转换器主电路，其同步整流管的控制时序也是不同的。同步整流开关管的控制时序将在后面进行介绍。 （4）在功率MOS管反接的情况下，其固有的体二极管极性却是正向的。有时要利用它先导通，以便过渡到功率MOS管进入整流状态。但由于体二极管的正向压降较大，常常不希望它导通或导通时问过长。

同步整流电路分析

同步整流电路分析 一、传统二极管整流电路面临的问题 近年来，电子技术的发展，使得电路的工作电压越来越低、电流越来越大。低电压工作有利于降低电路的整体功率消耗，但也给电源设计提出了新的难题。 开关电源的损耗主要由3部分组成：功率开关管的损耗，高频变压器的损耗，输出端整流管的损耗。在低电压、大电流输出的情况下，整流二极管的导通压降较高，输出端整流管的损耗尤为突出。快恢复二极管（FRD）或超快恢复二极管（SRD）可达1.0～1.2V，即使采用低压降的肖特基二极管（SBD），也会产生大约0.6V的压降，这就导致整流损耗增大，电源效率降低。 举例说明，目前笔记本电脑普遍采用3.3V甚至1.8V或1.5V的供电电压，所消耗的电流可达20A。此时超快恢复二极管的整流损耗已接近甚至超过电源输出功率的50％。即使采用肖特基二极管，整流管上的损耗也会达到（18％～40％）P O，占电源总损耗的60％以上。因此，传统的二极管整流电路已无法满足实现低电压、大电流开关电源高效率及小体积的需要，成为制约DC／DC变换器提高效率的瓶颈。 二、同步整流的基本电路结构 同步整流是采用通态电阻极低的专用功率MOSFET，来取代整流二极管以降低整流损耗的一项新技术。它能大大提高DC／DC变换器的效率并且不存在由肖特基势垒电压而造成的死区电压。功率MOSFET属于电压控制型器件，它在导通时的伏安特性呈线性关系。用功率MOSFET做整流器时，要求栅极电压必须与被整流电压的相位保持同步才能完成整流功能，故称之为同步整流。 1、基本的变压器抽头方式双端自激、隔离式降压同步整流电路

2、单端自激、隔离式降压同步整流电路 图1 单端降压式同步整流器的基本原理图 基本原理如图1所示，V1及V2为功率MOSFET，在次级电压的正半周，V1导通，V2关断，V1起整流作用；在次级电压的负半周，V1关断，V2导通，V2起到续流作用。同步整流电路的功率损耗主要包括V1及V2的导通损耗及栅极驱动损耗。当开关频率低于1MHz时，导通损耗占主导地位；开关频率高于1MHz时，以栅极驱动损耗为主。 3、半桥他激、倍流式同步整流电路

同步整流电路的驱动方式综述

同步整流电路的驱动方式综述 预研部余恒23343 一、问题提出： 为了适应电子、通信设备和大规模集成电路的供电要求，DC/DC 模块电源输出电压越来越低，而输出电流却越来越大。传统的肖特基整流方式逐渐被同步整流方式所取代。用低导通电阻MOSFET代替常规肖特基整流/续流二极管，可以大大降低整流部分的功耗，提高变换器的性能，实现电源的高效率，高功率密度。同步整流已经相当流行。但是用MOS代替肖特基二极管势必带来这样一个问题：同步整流MOS管如何驱动？因为二极管不需要驱动，而MOS管是需要驱动的。对于同步整流管的驱动方式，本人收集了部分资料，做了总结，向各位专家学习。 二、驱动方式探讨： 从总的来说同步整流管的驱动方式分为自驱和外驱。 1、外驱：利用原边等驱动信号来控制整流管的开关，优点是可减 小整流管的死区，而且很容易实现时序。不足之处也是显然的，增加了电路的复杂性、成本和可靠性。 *例如，单端正激谐振复位电路，副边续流管可以由原边信号驱动 （如图），也可以整流管由OUT1控制开通，续流管由OUT2控 *又例如图2,这种电路是为了设计原副边的时序。Driverl为正时，Q1导通，副边Qs2处于工作状态。由于Qs12的导通，Qs1 处于关断状态。死区时间Driverl和Driver2为0，则Qs11、Qs21 导通，Q12、Q22的关断，那么Qs1和Qs2均导通，工作在续流状态。当 Driver2为正时，Qs1导通，Qs2关断，Q2延时导通，这样Qs2处于工作状态，Qs1处于关断状态。同样死区时间Qs1 和Qs2同时续流。 可见通过外驱方式实现了原副边时序，使得在死区时间整流管处于工作状态，就不会经过整流管的体二极管续流，从而减小了续流损耗。

半桥同步整流设计报告

\ 半桥倍流同步整流电源的设计 摘要：现如今，微处理器要求更低的供电电压，以降低功耗，这就要求供电系 统能提供更大的输出电流，低压大电流技术越发引起人们的广泛关注。本电源系统以对称半桥为主要拓扑，结合倍流整流和同步整流的结构，并且使用MSP430单片机控制和采样显示，实现了5V，15A大电流的供电系统。效率较高，输出纹波小。 关键词：对称半桥，倍流整流，同步整流，SG3525 一、方案论证与比较 1 电源变换拓扑方案论证 方案一：（如下图）此电路为传统的半桥拓扑。由于MOS管只承受一倍电源电压，而不像单端类的承受两倍电源电压，且较之全桥拓扑少了两个昂贵的MOS 管，因此得到很大的应用。但在低压大电流的设计中，输出整流管的损耗无疑会大大降低效率，而且电感的设计也会变得困难，因此不适合大电流的设计。 方案二：传统半桥+同步整流。将上图半桥的输出整流管改为低导通阻的MOSFET。如此可大大减小输出整流的损耗，提高效率。比较适合大电流的整流方案，但变压器的绕制和电感的设计较麻烦。 方案三：（如下图）半桥倍流同步整流。倍流整流很早就被人提出，它的特点是变压器输出没有中心抽头，这就大大简化了变压器的设计，并且提高了变压器的利用率。而流过变压器和输出电感的电流仅有输出电流的一半，这使得变压

器和电感的制作变得简单。并且由波形分析可以知道，输出电流的纹波是互相抵消的。该电路的不足是电路时序有要求，控制稍显复杂。由上分析我们选择方案三。 2 控制方案选择 方案一：由于控制芯片SG3525输出两路互补对称的PWM信号，则可将控制信号做如下设置（如下图）。 将驱动Q1的信号与Q4同步起来，Q2和Q3的信号同步，则可以实现倍流同步整流的时序同步，方案简单易行，但由于SG3525在输出较小占空比时有较大的死区，则输出MOSFET的续流二极管会产生较大的损耗。 方案二：。。。。。反激变换。。。。将SG3525的驱动信号反向后送入输出整流MOS管，如此可以极大的减少低占空比时的损耗，且仅需一对反向驱动，故选用方案二。

同步整流的基本原理_黄海宏

第29卷　第1期2007年2月 电气电子教学学报 JO U RN A L O F EEE Vol.29　No.1 Feb.2007同步整流的基本原理 黄海宏,王海欣,张　毅 (合肥工业大学　电气与自动化工程学院,安徽合肥230009)① 摘　要:同步整流技术采用通态电阻极低的电力M OS FET来取代整流二极管,能大大降低整流电路的损耗,提高DC/DC变换器的效率,满足低压、大电流整流器的需要。本文从分析《电力电子技术》教材中同步整流电路的原理图着手,介绍了电力M OS FET的反向电阻工作区及同步整流技术的基本原理,并对同步整流电路中的驱动电路和栅极电压波形进行了分析。 关键词:同步整流;电力M OSFE T;低电压输出 中图分类号:TM46 文献标识码:A 文章编号:1008-0686(2007)01-0027-03 The Fundamental of Synchronous Rectification HUANG Hai-hong,WANG Hai-xin,ZHANG Yi (S choo l o f electric an d automation eng ineer in g,He fei University o f Technolog y,H efei230009,C h ina) A bstract:The technology of sy nchronous rectificatio n is to replace rectifying diode w ith po wer MOSFE T w hich has low turn-on resistance,so it can decrease the dissipation of rectifier circuit greatly,im prov e the efficiency of DC/DC co nverter and meet the needs o f low-v oltag e and larg e current rectifier.The paper analyzes the principle diag ram of sy nchro no us rectification circuit in Po wer Electro nics,introduces the reversed resistance w ork a rea of powe r MOSFET and basic principle o f synchronous rectification technolo-g y.At last,the drive circuit of synchro nous rectifier and g rid v oltag e w ave are analy zed. Keywords:sy nchronous rectification;po wer MOSFET;low-voltage output 0　引言 DC/DC变换器的损耗主要由3部分组成:功率开关管的损耗,高频变压器的损耗,输出端整流管的损耗。在低电压、大电流输出的情况下,整流二极管的导通压降较高,输出端整流管的损耗尤为突出。快恢复二极管或超快恢复二极管可达1.0～1.2V,即使采用低压降的肖特基二极管,也会产生0.4V～0.8V的压降,导致整流损耗增大,电源效率降低。因此,传统的二极管整流电路已无法满足实现低电压、大电流开关电源高效率、小体积的需要,成为制约DC/DC变换器提高效率的瓶颈。1　同步整流原理 同步整流是用通态电阻极低的电力MOSFE T 来取代整流二极管以降低整流损耗的一项新技术。同步整流电路如图1所示[1]。 低压大电流的电力MOSFET的导通压降与二极管相比要低的多。如型号为FQP140N03L的M OSFET(U D S=30V,I D=140A),导通电阻仅为3.8mΨ,若负载电流为20A,则导通压降为76mV。因此采用低压电力MOSFET作为整流器件可提高电路效率,减轻散热压力,有利于实现此类电源的小型化。 由于在文献[1]的第1章介绍电力MOSFE T ①收稿日期:2006-10-01;修回日期:2006-12-14 第一作者:黄海宏(1973-),江西靖江人,硕士,讲师,主要从事电力电子和自动控制方面的研究。

反激同步整流

一种反激同步整流DC-DC变换器设计 摘 要： 对反激同步整流在低压小电流DC－DC变换器中的应用进行了研究，介绍了主电路工作原理，几种驱动方式及其优缺点，选择出适合于自驱动同步整流的反激电路拓扑，并通过样机试验，验证了该电路的实用性。 引 言：低压大电流DC-DC模块电源一直占模块电源市场需求的一半左右，对其相关技术的研究有着重要的应用价值。模块电源的高效率是各厂家产品的亮点，也是业界追逐的重要目标之一。同步整流可有效减少整流损耗，与适当的电路拓扑结合，可得到低成本的高效率变换器。本文针对36V-75V输入，3.3V/15A 输出的二次电源模块，在分析同步整流技术的基础上，根据同步整流的特点，选择出适合于自驱动同步整流的反激电路拓扑，进行了详细的电路分析和试验。 反激同步整流 基本的反激电路结构如图1。 其工作原理：主MOSFET Q1导通时，进行电能储存，这时可把变压器看成一个电感，原边绕组电流Ip 上升斜率由dIp/dt=Vs/Lp决定，磁芯不饱和，则Ip 线性增加；磁芯内的磁感应强度将从Br增加到工作峰值Bm；Q1关断时，原边电流将降到零，副边整流管开通，感生电流将出现在副边；按功率恒定原则，副边安匝值与原边安匝值相等。 在稳态时，开关导通期间，变压器内磁通增量△Φ应等于反激期间内的磁通变化量，即： △Φ＝VsTon / Np＝Vs'Toff / Ns 从此式可见，如果磁通增量相等的工作点稳定建立时，变压器原边绕组每匝的伏－秒值必然等于副边每匝绕组的伏－秒值。 反激变换器的拓扑实际就是一个BUCK－BOOST组合的变换器拓扑的应用，而且如果副边采用同步整流，电路总是工作于CCM的模式下，其电压增益 M＝Vo/Vs＝K·D/(1－D)(K为原副边匝数比) 用PMOSFET和MOSFET替代图1中的萧特基二极管，可以实现同步整流的4种电路结构如图2和图3 反激电路的开关电压波形见图4，是标准的矩形波，非常适合同步整流驱动。设计的关键点在于同步整流管的位置与驱动电路的结构配合、波形的整形限幅和死区控制。 图1 基本反激电路结构图

倍流整流变换器中同步整流控制驱动研究 开题报告

研究生选题报告 题目：倍流整流变换器中同步整流控制驱动 的研究 学号 姓名 指导教师 院、系、专业电气与电子工程学院 电力电子与电力传动 华中科技大学研究生院制

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倍流整流变换器中同步整流控制驱动的研究 一、课题的来源 随着高速超大规模集成电路不断发展，构成这些电路电源系统的关键部件是各种不同技术规格的DC/DC变换器模块。对于其供电电源来说，这些数据处理电路构成一类特殊的负载，工作电压较低、电流较大，各种工作状态相互转换时对应的电流变化率很高。随着集成度的不断提高，越来越多的处理器集成电路将集成在同一个芯片上，因此下一代微处理器的额定工作电流将达到50A-1OOA，甚至更高，要求微处理器有严格的功率管理措施。所有这些对微处理器这类典型负载的供电电源提出了更高的要求。 针对特殊电路的要求，电压调节器模块必须提供经过严格调整的低压和大电流输出，具有快速的动态响应。从美国开关电源市场来看，跟随着计算机通讯设备迅速、持续稳定的增长及新的网络产品市场的迅速增长，未来的开关电源市场是非常乐观的，对中小功率变换器的需求更是呈现迅速上升趋势。据权威市场专家预测:在今后五年内，小功率DC/DC变换器的主要发展趋势是:为了适应超高频CPU芯片的迅速发展，DC/DC变换器向低输出电压(最低可低到1.2V),高输出电流、低成本、高频化(400-500KHz)、高功率密度、高可靠性(MTBF >10000)、高效率、快速动态响应的方向发展。 模块电源主要分为DC/DC、AC/DC和DC/AC三种，其中DC/DC模块占据了90％的市场份额。随着通信系统对电源产品的要求越来越高，DC/DC模块电源技术正发生着巨大的变化，朝着低电压大电流方向发展。电压最低小于0.8V，负载电流最高大于100A。为了获得更高的效率，同步整流技术在这些DC/DC模块电源中的作用越来越重要，应用也越来越广泛。

同步整流电路设计

一种反激同步整流DC-DC变换器设计 摘要：对反激同步整流在低压小电流DC－DC变换器中的应用进行了研究，介绍了主电路工作原理，几种驱动方式及其优缺点，选择出适合于自驱动同步整流的反激电路拓扑，并通过样机试验，验 证了该电路的实用性。 关键词：反激变换；同步整流；电路拓扑 引言 低压大电流DC-DC模块电源一直占模块电源市场需求的一半左右，对其相关技术的研究有着重要的应用价值。模块电源的高效率是各厂家产品的亮点，也是业界追逐的重要目标之一。同步整流可有效减少整流损耗，与适当的电路拓扑结合，可得到低成本的高效率变换器。本文针对36V-75V输入，3.3V/ 15A输出的二次电源模块，在分析同步整流技术的基础上，根据同步整流的特点，选择出适合于自驱动同步整流的反激电路拓扑，进行了详细的电路分析和试验。 反激同步整流 基本的反激电路结构如图1。 其工作原理：主MOSFET Q1导通时，进行电能储存，这时可把变压器看成一个电感，原边绕组电流Ip上升斜率由dIp/dt=Vs/Lp决定，磁芯不饱和，则Ip 线性增加；磁芯内的磁感应强度将从Br增加到工作峰值Bm；Q1关断时，原边电流将降到零，副边整流管开通，感生电流将出现在副边；按功率恒定 原则，副边安匝值与原边安匝值相等。 在稳态时，开关导通期间，变压器内磁通增量△Φ应等于反激期间内的磁通变化量，即： △Φ＝VsTon / Np＝Vs‘Toff / Ns 从此式可见，如果磁通增量相等的工作点稳定建立时，变压器原边绕组每匝的伏－秒值必然等于副边 每匝绕组的伏－秒值。 反激变换器的拓扑实际就是一个BUCK－BOOST组合的变换器拓扑的应用，而且如果副边采用同步整流，电路总是工作于CCM的模式下，其电压增益 M＝Vo/Vs＝K·D/(1－D)(K为原副边匝数比) 用PMOSFET和MOSFET替代图1中的萧特基二极管，可以实现同步整流的4种电路结构如图2和 图3 反激电路的开关电压波形见图4，是标准的矩形波，非常适合同步整流驱动。设计的关键点在于同步整流管的位置与驱动电路的结构配合、波形的整形限幅和死区控制。 图1 基本反激电路结构图 图2 由NMOSFET构成的反激同步整流电路结构

同步整流中DC-DC模块电源

1、概述 2、基本同步整流电路 如图1所示电路，其副边为基本同步整流电路，关键波形见图2。当原边主开关管Q1开通时，通过变压器T1向副边传输能量，副边工作在整流状态，此时SR1的Vgs电压为变压器副边绕组电压，极性为正，SR2的Vgs电压为零，因而SR1导通，SR2关断;当原边主开关管Q1关断时，变压器T1原边绕组的励磁电流和负载电流流经C1，C1上的电压开始上升，当C1电压升至Vin时，原边绕组中的负载电流下降为0，在励磁电流的作用下原边励磁电感Lm与电容C1进行谐振，谐振电压Vr为正弦波，谐振周期Tr=2π√LmC2，谐振电压Vr加到变压器T1的原边绕组上使T1磁复位，同时，副边也进入到续流状态，此时SR1的Vgs电压为0，SR2的Vgs电压为变压器副边绕组电压，电压波形为正弦波，极性为正，因而SR1关断，SR2导通;这样的工作状态会周期性重复

3、基本同步整流电路的问题 3.1、续流管的驱动 如图2中SR2的Vgs波形，由于驱动SR2的是正弦波谐振电压，受主开关的占空比和谐振参数的影响，电压波形变化较大，驱动效果也不理想，模块效率较低。 3.2、输出并联 将两个采用基本同步整流电路的DC-DC模块电源输出并联将会产生很多问题，其中的一个严重问题就是“电流反灌”。下面通过一个简单的例子说明“电流反灌”现象。如图3所示，当模块2正常工作而模块1被关断时，模块2的输出电压VOUT会通过模块1内部的L、T1的副边绕组分别加到SR1、SR2的G、S之间，SR1、SR2会因此导通并流过较大的电流，同时，模块2的输出电压VOUT会被拉低。对于模块1来说，此时的电流是反向流入模块的，称之为“电流反灌”现象。在N个模块并联的系统中，设每个模块的最大输出电流为Io，当其中一个模块被关断时，流入这个模块的反灌电流将会达到(N-1)×IO，这将会带来严重的后果。

同步整流

同步整流技术已经成为现代开关电源技术的标志。凡是高水平开关电源，必定有同步整流技术。在使用面上早已不再局限于5V、3.3V、2.5V这些低输出电压领域，现在上至12V，15V，19V至24V以下输出，几乎都在使用同步整流技术。下面介绍和分析各种同步整流技术的优点、缺点及实现方法。 一、自驱动同步整流 这里给出反激、正激及推挽三种电路的同步整流电路。在正常输入电压值附近工作时，效果十分明显，在高端时，效率变坏而且容易损坏MOSFET。其电路如图1所示。输出电压小于5V时才适用。 图1. 反激、正激、推挽电路的自偏置同步整流电路 二、辅助绕组驱动的同步整流 为了防止高端输入时同步整流的MOSFET栅极上的电压过高，改用从二次侧绕组中增加驱动绕组的方式。该方式可以有效地调节驱动同步整流的MOSFET的栅压，使它在MOSFET 栅压的合理区域，从而保护了MOSFET，提高了电源的可靠性，此外也将输出电压从5V扩展到24V。其工作原理如图2所示。

图2辅助绕组驱动的同步整流电路 三、控制IC方式的同步整流 为提高驱动同步整流MOSFET的效果，从而设计了各种模式的同步整流的控制驱动IC，也取得了不少成果，它将同步整流MOSFET的栅压调至最佳状态。将其开启关断也提高了时控精度，其主要的不足在于MOSFET的源极必须接地，这会加大地线上的开关噪声，并传输至电源输出端。此外其开关时序由自身输出脉冲给出，所以同步整流MOSFET的开启关断通常为硬开关，其时间会与初级侧主开关有些时间差，因此输出电压大体控制在20V以下，ST 公司推出的STSR2、STSR3，以及线性技术公司的LTC3900和LTC3901即是此种控制方式的代 表作品。图3和图4给出其应用电路图。

正激同步整流变换器分析

正激同步整流变换器分析 摘要：同步整流技术的广泛应用促进了低电压大电流技术的发展，但是，使用同步整流技术会造成开关电源在轻载情况下的低效率问题。以正激式同步整流变换器为例，从电感电流连续和断续两种状态，分析了轻载工况下的工作情况。 关键词：同步整流；CCM；DCM；环路电流；振铃 O 引言 随着计算机、通讯和网络技术的迅猛发展，低压大电流DC/DC变换器成为目前一个重要的研究课题。传统的二极管或肖特基二极管整流方式，由于正向导通压降大，整流损耗成为变换器的主要损耗。功率MOSFET导通电阻低、开关时间短、输入阻抗高，成为低压大电流功率变换器首选的整流器件。根据MOSFET的控制特点，应运而生了同步整流(Synchronous rectification，SR)这一新型的整流技术。 1 同步整流正激变换器 图l给出的是一种电压自驱动同步整流正激变换器，图l中两个与变压器耦合的分离辅助绕组N4、N5用来分别驱动两个同步整流管S201、S202。当主开关管导通时，变压器副边绕组上正下负，S201栅极电压为高，导通整流；主开关管截止时，副边绕组下正上负，续流S202栅极为高，导通续流。 正激变换器中，同步整流S201的运行情况与变压器磁复位方式有关。如果采用如图1所示的辅助绕组复位电路，在复位结束过程之后，变压器电压保持为零的死区时间内，输出电流流经续流同步整流管S202，但是S202栅极无驱动电压，所以输出电流必须流经S202的体二极管。M0SFET体二极管的正向导通电压高，反向恢复特性差，导通损耗非常大，这就使采用MOSFET整流的优势大打折扣，为了解决这一问题，较为简单的做法是在S202的漏极和源极之间并联一个肖特基二极管D201，在S202截止的时间内，代替S202的体二极管续流，这一方法增加的元件不多，线路简单，也很实用。

同步整流电路分析

同步整流电路分析 Revised by Chen Zhen in 2021

同步整流电路分析 一、传统二极管整流电路面临的问题 近年来，电子技术的发展，使得电路的工作电压越来越低、电流越来越大。低电压工作有利于降低电路的整体功率消耗，但也给电源设计提出了新的难题。 开关电源的损耗主要由3部分组成：功率开关管的损耗，高频变压器的损耗，输出端整流管的损耗。在低电压、大电流输出的情况下，整流二极管的导通压降较高，输出端整流管的损耗尤为突出。快恢复二极管（FRD）或超快恢复二极管（SRD）可达～，即使采用低压降的肖特基二极管（SBD），也会产生大约的压降，这就导致整流损耗增大，电源效率降低。 举例说明，目前笔记本电脑普遍采用甚至或的供电电压，所消耗的电流可达20A。此时超快恢复二极管的整流损耗已接近甚至超过电源输出功率的50％。即使采用肖特基二极管，整流管上的损耗也会达到（18％～40％）P O，占电源总损耗的60％以上。因此，传统的二极管整流电路已无法满足实现低电压、大电流开关电源高效率及小体积的需要，成为制约DC／DC变换器提高效率的瓶颈。 二、同步整流的基本电路结构 同步整流是采用通态电阻极低的专用功率MOSFET，来取代整流二极管以降低整流损耗的一项新技术。它能大大提高DC／DC变换器的效率并且不存在由肖特基势垒电压而造成的死区电压。功率MOSFET属于电压控制型器件，它在导通时的伏安特性呈线性关系。用功率MOSFET做整流器时，要求栅极电压必须与被整流电压的相位保持同步才能完成整流功能，故称之为同步整流。

1、基本的变压器抽头方式双端自激、隔离式降压同步整流电路 2、单端自激、隔离式降压同步整流电路 图1 单端降压式同步整流器的基本原理图 基本原理如图1所示，V 1及V 2 为功率MOSFET，在次级电压的正半周，V 1 导通，V 2 关 断，V 1起整流作用；在次级电压的负半周，V 1 关断，V 2 导通，V 2 起到续流作用。同步整流 电路的功率损耗主要包括V 1及V 2 的导通损耗及栅极驱动损耗。当开关频率低于1MHz时， 导通损耗占主导地位；开关频率高于1MHz时，以栅极驱动损耗为主。 3、半桥他激、倍流式同步整流电路 图2 单端降压式同步整流器的基本原理图 该电路的基本特点是： 1）变压器副边只需一个绕组，与中间抽头结构相比较，它的副边绕组数只有中间抽头结构的一半，所以损耗在副边的功率相对较小； 2）输出有两个滤波电感，两个滤波电感上的电流相加后得到输出负载电流，而这两个电感上的电流纹波有相互抵消的作用，所以，最终得到了很小的输出电流纹波； 3）流过每个滤波电感的平均电流只有输出电流的一半，与中间抽头结构相比较，在输出滤波电感上的损耗明显减小了； 4）较少的大电流连接线（high current inter-connection），在倍流整流拓扑中，它的副边大电流连接线只有2路，而在中间抽头的拓扑中有3路； 5）动态响应很好。

同步整流

同步整流电路分析_电源技术概要 一、传统二极管整流电路面临的问题 近年来，电子技术的发展，使得电路的工作电压越来越低、电流越来越大。低电压工作有利于降低电路的整体功率消耗，但也给电源设计提出了新的难题。 开关电源的损耗主要由3部分组成：功率开关管的损耗，高频变压器的损耗，输出端整流管的损耗。在低电压、大电流输出的情况下，整流二极管的导通压降较高，输出端整流管的损耗尤为突出。快恢复二极管（FRD）或超快恢复二极管（SRD）可达1.0～1.2V，即使采用低压降的肖特基二极管（SBD），也会产生大约0.6V的压降，这就导致整流损耗增大，电源效率降低。 举例说明，目前笔记本电脑普遍采用3.3V甚至1.8V或1.5V的供电电压，所消耗的电流可达20A。此时超快恢复二极管的整流损耗已接近甚至超过电源输出功率的50％。即使采用肖特基二极管，整流管上的损耗也会达到（18％～40％）P O，占电源总损耗的60％以上。因此，传统的二极管整流电路已无法满足实现低电压、大电流开关电源高效率及小体积的需要，成为制约DC／DC变换器提高效率的瓶颈。 二、同步整流的基本电路结构 同步整流是采用通态电阻极低的专用功率MOSFET，来取代整流二极管以降低整流损耗的一项新技术。它能大大提高DC／DC变换器的效率并且不存在由肖特基势垒电压而造成的死区电压。功率MOSFET属于电压控制型器件，它在导通时的伏安特性呈线性关系。用功率MOSFET做整流器时，要求栅极电压必须与被整流电压的相位保持同步才能完成整流功能，故称之为同步整流。 1、基本的变压器抽头方式双端自激、隔离式降压同步整流电路

2、单端自激、隔离式降压同步整流电路 图1 单端降压式同步整流器的基本原理图 基本原理如图1所示，V1及V2为功率MOSFET，在次级电压的正半周，V1导通，V2关断，V1起整流作用；在次级电压的负半周，V1关断，V2导通，V2起到续流作用。同步整流电路的功率损耗主要包括V1及V2的导通损耗及栅极驱动损耗。当开关频率低于1MHz时，导通损耗占主导地位；开关频率高于1MHz时，以栅极驱动损耗为主。 3、半桥他激、倍流式同步整流电路

同步整流技术

同步整流技术 6.2 同步整流技术 作为整流电路的主要元件，通常用的是整流二极管（利用它的单向导电特性），它可以理解为一种被动式器件：只要有足够的正向电压它就开通，而不需要另外的控制电路。但其导通压降较高，快恢复二极管（FRD）或超快恢复二极管（SRD）可达1.0～1.2V，即使采用低压降的肖特基二极管（SBD），也会产生大约0.6V的压降。这个压降完全是做的无用功，并且整流二极管是一种固定压降的器件，举个例子：如有一个管子压降为0.7V，其整流为12V时它的前端要等效12.7V电压，损耗占0.7/12.7≈5.5%.而当其为3.3V整流时，损耗为0.7/4（3.3+0.7）≈17.5%。可见此类器件在低压大电流的工作环境下其损耗是何等地惊人。这就导致电源效率降低，损耗产生的热能导致整流管进而开关电源的温度上升、机箱温度上升，有时系统运行不稳定、电脑硬件使用寿命急剧缩短都是拜这个高温所赐。 同步整流技术采用通态电阻极低的电力MOSFET来取代整流二极管，能大大降低整流电路的损耗，提高DC/DC变频器的效率，满足低压、大电流整流器的需要。DC/DC变换器的损耗主要由三部分组成：功率开关管的损耗，高频变压器的损耗，输出整流管的损耗。在低电压、大电流输出的情况下，整流二极管的导通压降较高，输出端整流管的损耗尤为突出。快恢复二极管或超快恢复二极管可达1.0~1.2V，即使采用低压降的肖特基二极管，也会产生0.4V~0.8V的压降，导致整流损耗增大，电源效率降低。因此。传统的二极管整流电路已无法满足实现低电压、大电流开关电源高效率、小体积的需要，成为制约DC/DC变频器提高效率的瓶颈。 作为取代整流二极管以降低整流损耗的一种新器件，功率MOSFET属于电压控制型器件，它在导通时的伏安特性呈线性关系。因为用功率MOSFET做整流器时，要求栅极电压必须与被整流电压的相位保持同步才能完成整流功能，故称之为同步整流。它可以理解为一种主动式器件，必须要在其控制极（栅极）有一定电压才能允许电流通过，这种复杂的控制要求得到的回报就是极小的电流损耗。 根据同步整流管控制方式的不同，可将同步整流器分为两类：外部驱动式同步整流器和自驱动式同步整流器。 外部驱动式同步整流器的门极驱动电压需要从附加的外设驱动电路获得。为了实现同步，驱动电路必须由变换器主开关管的驱动信号来加以控制，外驱动电路可以提供较精确的控制时序。现在已开发出一些外部驱动控制集成电路，如IR1175、MW系列IC等。外部驱动同步整流的缺点是：驱动电路复杂，需要有控制检测、定时逻辑、同步变压器等。驱动电路有损耗，价格贵，开发周期长等等，限制了外部驱动同步整流技术的广泛应用。 自驱动式同步整流器又分为电压驱动型(voltage driven)同步整流器和电流驱动型同步整流器。 电流驱动同步整流器通过检测流过同步整流管的电流，确定是否开通还是关断同步整流管，因此，它需要电流检测器件，比如电流互感器，或者采用自带电流检测的功率 MOSFET 及其辅助控制和驱动电路。电流同步整流器的主要优点是拓扑结构独立，可以直接替代任何开关变换器中的二极管，具有极强通用性。 电压驱动同步整流器驱动电压信号来自变压器辅助绕组或者电感耦合绕组，同步整流管根据变压器辅助绕组或者电感耦合绕组电压极性自动开通或关断，结构简单、经济高效，成为目前受到广泛关注的同步整流器驱动技术。 6.2.1电压自驱动同步整流 1 工作原理 图12.12是采用电压驱动同步整流双管正激变换器的原理图，工作原理如下：当主开关