工程师不要错过--各种拓扑结构的同步整流技术！

琇云4275

前言


从二十世纪末，由于MOSFET技术大幅度进步，使得MOSFET的导通电阻已经达到低于2mΩ，开关速度小于20ns。


有的使用氮化镓场效应晶体管(eGaN FET)器件并没有体二极管反向恢复(QRR),这使得DC/DC变换器中只要采用同步整流技术，初级即使不用软开关技术，也能给开关电源效率带来了巨大的提升。效率提升的百分点高达3%~8%，比软开关技术带来的效率提升要高得多，而且没有多少专利技术的限制。
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在36V-60V转12V、500KHZ降压转换器，氮化镓与MOSFET器件的效率比较。
同步整流技术在使用上面早已不再局限于2.5V、3.3V、5V这些低输出电压领域，现在上至12V，15V，19V，24V至28V以下输出，几乎都在使用同步整流技术。
下面我就来介绍和分析各种同步整流技术的优、缺点及其实现方法。

1、自驱动同步整流

1，这是最早的方法，也是最简单和成本最低廉的技术。
2，在输入电压典型值附近工作时，效果十分明显，在高端时，效率变差而且容易损坏MOSFET。
3，有的自驱动同步整流电路受输入输出电压的限制。






反激、单晶正激、推挽拓朴的自驱动同步整流电路
反激拓朴的同步整流电路








正激拓朴的同步整流电路

双晶正激拓朴的同步整流实用电路（初级侧输入电压为PFC之后390VDC）

有源箝位拓朴的同步整流电路



有源箝位正激拓朴的同步整流实用电路（VO=5V）




半桥拓朴的同步整流电路




2、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。






3、控制IC方式的同步整流

为了提高驱动同步整流MOSFET的效果，从而设计了各种模式的同步整流的控制驱动IC。
1，控制IC驱动技术能克服自驱动技术的所带来的局限性。
2，减少或消除体二极管导通，使用精确时间控制电路可减小反向恢复损耗。
3，栅驱动电压可设置在最佳电平以使RDS（ON）最小。
4，可以更加智能化控制（轻载时关掉同步整流驱动，预检测栅驱动技术等）。
IR1167
主要特色有：
--适应反激变换器的DCM，CRM及CCM三种模式工作。适应LLC式半桥。
--最高500KHz工作频率。
--2A源出5A漏入的输出驱动的能力。
--栅驱动输出电压在10.7V到14.5V。
--Vcc电压从11.3V到20V。
--50ns关断比例延迟。
--直接检测MOSFET的源漏电压。




IR1168


NCP4303
其主要特点如下：
--能用于各种拓朴，诸如反激(CCM，DCM，QR)、正激、半桥及LLC电路的同步整流控制。
--工作电压范围从10.4V~28V，最高30Ｖ。
--精确的二次侧零电流检测技术，零电流检测端能耐压到200V。
--自动的用寄生电感补偿输入。
--典型40nS关断延迟，从电流检测输入到驱动输出。
--具有禁止输入，进入待机或低功耗工作模式。
--可调独立于VCC水平的最小导通/关断时间。
--5A/2.5A峰值电流漏入，源出水平。
--栅驱动电压内部箝制为12V（NCP4303A）或6V（NCP4303B）。
--低的起动及待机电流。
--最高工作频率可达500KHZ。
NCP4303A用于反激的同步整流电路

NCP4303B用于LLC的同步整流电路

UCC24610
主要特色如下：
--高达600kHz工作频率；
--VDS MOSFET检测；
--1.6Ω漏入、2.0Ω源出的栅驱动阻抗；
--自动轻载管理；
--可以从休眠和轻载模式下同步唤醒；
--可调输入的保护特色；
--20ns典型的关断比例延迟；
--可以直接从5V输出电压供电；
UCC24610反激同步整流电路

UCC24610反激同步整流电路




UCC24610 用于正激电路中做同步整流的电路


UCC24610 用于有源箝位电路中做同步整流的


由UCC24610作LLC谐振半桥同步整流的电路




由UCC24610作LLC谐振半桥同步整流的电路


LTC3900
LTC3900通过一个脉冲变压器接受来自主端控制器的脉冲同步信号。 拥有一整套用于外部MOSFET 的保护功能。它内置了一种可编程超时功能，当同步信号丢失或错误时，该功能将停用两个驱动器。
此外，该器件还利用箝位MOSFET 的漏-源极电阻来检测输出电感器电流，从而在电感器电流出现反向时关断 MOSFET。另外，如果电源电压过低，则LTC3900 还将关断驱动器。


SIP11203/4
SIP11203/04的主要特点如下：
-- 非常高的驱动能力，源出2.2，漏入4A。
-- 接受初级侧给出的同步信号，并能调节同步驱动信号的延迟。
--电源起动及关断过程中完整的控制。
--内含误差放大器及1.225V基准电压源。
--输出过压保护。
--反馈光耦的驱动。


SIP11203/4

LTC3766
1，同步整流驱动。
2，电压反馈（磁反馈）。
3，真正的远端采样差分放大器。
4，过热 / 过压保护。
5，平均电流限制非常适合于电池充电应用。


4、具有同步整流驱动信号的PWM-IC

在初级侧电路中，PWM-IC输出的同步整流信号经信号变压器或高速光耦传递至二次侧，再经过RC网络积分后，经过MOSFET驱动器去驱动同步整流的MOSFET。
或者把PWM-IC放在二次侧，经过MOSFET驱动器去驱动同步整流的MOSFET。
LTC3806反激的同步整流电路


LM5039的同步整流电路


LM5039的同步整流电路


ISL6752的同步整流电路


倍流整流的同步整流电路






ISL6754


LM5046的同步整流电路


混合式同步整流




5、总结

一，同步整流专用控制IC：
STSR2、STSR30，IR1166/7，IR1168，NCP4303，UCC24610，LTC3900/1。
二，具有同步整流功能兼有其它功能的IC：
MAX5058，MAX5059，NCP4302，LTC1698，LT3766。
三，具有同步整流驱动信号的PWM-IC：
LTC3806，LTC3722/3，SC4910A/B，SIP11203/4，SI9122，LM5027，ISL6752/4，LM5045/6，UCC28950。