什么是同步整流器？開關(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)電阻極低的專用功率MOSFET，來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。

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

　　用功率MOSFET做整流器時，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，F(xiàn)P6717，F(xiàn)P6716也是鋰電池升壓輸出5V3A，5V2A中的佼佼者。

　　為什么要應(yīng)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)電源的損耗主要由3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://butianyuan.cn/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。此時超快恢復二極管的整流損耗已接近甚至超過電源輸出功率的50%。即使采用肖特基二極管，整流管上的損耗也會達到（18%～40%）PO，占電源總損耗的60%以上。因此，傳統(tǒng)的二極管整流電路已無法滿足實現(xiàn)低電壓、大電流開關(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(tǒng)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的門，電流只有通過了這扇門才能供負載使用。傳統(tǒng)的整流技術(shù)類似于一扇必須要通過有人大力推才能推開的門，故電流通過這扇門時每次都要巨大努力，出了一身汗，損耗自然也就不少了。

　　而同步整流技術(shù)有點類似我們通過的較高檔場所的感應(yīng)門了：它看起來是關(guān)著的，但你走到它跟前需要通過的時候，它就自己開了，根本不用你自己費大力去推，所以自然就沒有什么損耗了。通過上面這個類比，我們可以知道，同步整流技術(shù)就是大大減少了開關(guān)電源輸出端的整流損耗，從而提高轉(zhuǎn)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、關(guān)過程中，同步整流器的MOSFET的漏源電壓通過捕獲二極管箝制。因此，同步整流器沒有引致開關(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(shù)最大的情況下，即在輸入電壓為最大值時。通過使用同步整流器的RDS（ON）HOT和負載系數(shù)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》-）］

　　開關(guān)MOSFET的耗散

　　開關(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(shù)和RDS（ON）HOT：PDRESISTIVE=［ILOAD2×RDS（ON）HOT］×（VOUT/VIN）

　　由于它依賴于許多難以定量且通常不在規(guī)格參數(shù)范圍、對開關(guān)產(chǎn)生影響的因素，開關(guān)MOSFET的開關(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MOSFET的第一步，并在以后在實驗室內(nèi)對其性能進行驗證：PDSWITCHING=（CRSS×VIN2×fSW×ILOAD）/IGATE。

　　其中CRSS為MOSFET的反向轉(zhuǎn)換電容（一個性能參數(shù)），fSW為開關(guān)頻率，而IGATE為MOSFET的啟動閾值處（柵極充電曲線平直部分的VGS）的MOSFET柵極驅(qū)動的吸收電流和的源極電流。

　　一旦根據(jù)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關(guān)損耗的型號。若采用更小（更快）的器件，則電阻損耗的增加幅度大于開關(guān)損耗的減小幅度。

　　而采用更大［RDS（ON）低］的器件中，則開關(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，必須同時計算在VIN（MAX）和VIN（MIN）處的開關(guān)MOSFET的功率耗散。MOSFET最壞情況下功率耗散將出現(xiàn)在最小或最大輸入電壓處。耗散為兩個函數(shù)的和：在VIN（MIN）（較高的負載系數(shù)）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(nèi)的電阻耗散和開關(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關(guān)MOSFET，或并聯(lián)多個以達到較低的RDS（ON）值。但如果在VIN（MAX）處的耗散明顯較高，則可以考慮減小開關(guān)MOSFET的尺寸（如果采用多個器件，或者可以去掉MOSFET）以使其可以更快地開關(guān)。

　　如果所述電阻和開關(guān)損耗平衡但還是太高，有幾個處理方式：

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

　　由于元器件選擇數(shù)量范圍所限，超出某一特定點對MOSFET尺寸進行精確調(diào)整也許不太可能，其底線在于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。通過對這兩種方式的講解，詳細大家都能夠?qū)ζ渲械囊恍╆P(guān)鍵點理解透徹。