同步整流的基本電路結構

功率MOSFET屬于電壓控制型器件，它在導通時的伏安特性呈線性關系。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。

為什么要應用同步整流技術

電子技術的發展，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，但也給電源設計提出了新的難題。

開關電源的損耗主要由3部分組成：功率開關管的損耗，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。快恢復二極管（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，傳統的二極管整流電路已無法滿足實現低電壓、大電流開關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。

傳統的整流技術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。

而同步整流技術有點類似我們通過的較高檔場所的感應門了：它看起來是關著的，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，同步整流技術就是大大減少了開關電源輸出端的整流損耗，從而提高轉換效率，降低電源本身發熱。

在開關管V導通時，變壓器接收的電能除了磁化電流外都將傳送到輸出端。而管V關躍的反激作用期間，導向二極管D2用反偏置故不可能有鉗位作用或能量泄放的回路。磁化能量將會產生較大的反壓加在開關管的集一射極之間。為了防止高反壓的產生，設置了“能量再生繞組”P2，由繞組△經過二極管D，，使存儲的能量反饋回直流電源Ui中。只要滿足Wp1=Wp2的關系，D1流過電流時Up2=Ui，則開關管V上承受的集一射極電壓為2Ui。

為了避免在P1和P2繞組之間存在的漏電感過大，和因此而在開關管集電極上產生過高的電壓，一般采用初級繞組P1與能量再生繞組P2雙線并繞的方法。在這種配置中，二極管D1接在能量再生繞組如圖所示的位置是非常重要的。原因是雙線并繞引起的內部雜散電容Cc是在開關管V的集電極與繞組P2和D1連接點之間的寄生電容。按照圖中的接法是有優點的，如在開關管V導通時，由于二極管D，反向而隔開了集電極，沒有任何的電流在V瞬時導通時流進電容Cc中（注意，繞組P1和P2的非同銘端同時變負，而且Cc的兩端電壓不會改變）。但是在反激期間，Cc提供開關管V的鉗位作用，任何過電壓的趨勢都會引起Cc流過電流，而且經過D，反饋到電源線上。如果寄生電容不夠大，只靠P1、P2繞組磁耦合，鉗位電壓超值時，常常可以在%位置加外接電容補充以改善它的鉗位作用。然而，如果電容值過大時，會使得輸出電壓線上有輸人電壓嘰紋波頻率調制的電壓分量，所以要小心地選用附加電容Cc的值。

在開關管V導通時，輸入電壓Ui加在（Lp+LLT）上，由于D2反偏置阻止C2的充電，所以Uc2≈0。當開關管V關斷時，由于反激作用，V的集電極電壓Uc快速上升，但由于碭此時受正偏壓而導通，使V電流被C2、R1分流，Uc電壓逐漸上升，即U（電壓也是逐漸上升，而且鉗位在2Ui數值上。從而把Uc上升的尖峰電壓的頂部消去，如虛線所示的脈沖尖峰。

在一個周期剩下的時間里，隨著R1放電電流的減小，C2上的電壓降會返回到原來值。多余的反激電能，被消耗在R1上。此鉗位電壓是自跟蹤的，在穩態工作時，因為C2上的電壓會自動地調整，直到所有多余的反激電能消耗在R1上。如果在所有其他情況下，都要維持某一恒定鉗位電壓時，則可以通過減小R1值或漏電感Lyp的值，來抑制鉗位電壓的升高趨勢。

不能把鉗位電壓設計得太低，因為反激過沖電壓也有有用的一面。在反激作用時，它提供了一個附加強制電壓值來驅動電能進入到次級電感。使變壓器次級的反激電流迅速增加。提高了變壓器的傳輸效率，同時也減小了電阻R）上的損耗。這對于低壓大電流輸出是很有意義的。

圖1（a）所示為N溝道功率MOS管構成的同步整流管SR和SBD整流二極管 二極管

二極管又叫半導體二極管、晶體二極管，是最常用的基本電子元件之一。二極管只往一個方向傳送電流，由p型半導體和n型半導體形成的p-n結構成，在其界面處兩側形成空間電荷層，并建有自建電場。當不存在外加電壓時，由于p-n 結兩邊載流子濃度差引起的擴散電流和自建電場引起的漂移電流相等而處于電平衡狀態。 [全文]

的電路圖形符號，整流二極管

有兩個極：即陽極A和陰極K。功率MOS管有三個極：即漏極D、源極S和門極G。在用做同步整流管時，將功率MOS管反接使用，即源極S接電源

電源

電源是向電子設備提供功率的裝置，也稱電源供應器，它提供計算機中所有部件所需要的電能。[全文]

正端，相當于二極管

的陽極A；漏極D接電壓負端，相當于二極管的陰極K；當功率MOS管在門極G信號的作用下導通時，電流電源

極S流向漏極D。而功率MOS管作為開關

開關

開關是最常見的電子元件，功能就是電路的接通和斷開。接通則電流可以通過，反之電流無法通過。在各種電子設備、家用電器中都可以見到開關。 [全文]

使用時，漏極D接電源正端，源極S接電壓負端；導通時，相當于開關

閉合，電流由漏極D流向源極S。

圖1 同步整流管和整流二極管

整流二極管

整流二極管是一種將交流電能轉變為直流電能的半導體器件。通常它包含一個PN結，有陽極和陰極兩個端子。整流二極管可用半導體鍺或硅等材料制造。硅整流二極管的擊穿電壓高，反向漏電流小，高溫性能良好。通常高壓大功率整流二極管都用高純單晶硅制造(摻雜較多時容易反向擊穿）。這種器件的結面積較大，能通過較大電流（可達上千安），但工作頻率不高，一般在幾十千赫以下。整流二極管主要用于各種低頻半波整流電路，如需達到全波整流需連成整流橋使用。

同步整流管SR及整流二極管構成的半波整流

半波整流

半波整流是一種利用二極管的單向導通特性來進行整流的常見電路，除去半周、圖下半周的整流方法,叫半波整流。作用是將交流電轉換為直流電，也就是整流。

電路如圖1（b）所示。當SR的門極驅動電壓ug，與正弦波電源電壓仍同步變化時，則負載R上得到的是與二極管整流電路相同的半波正弦波電壓波形1fR。

同步整流管的源一漏極之間有寄生的體二極管，還有輸出結電容

電容

電容（或電容量, Capacitance）指的是在給定電位差下的電荷儲藏量；記為C，國際單位是法拉（F）。一般來說，電荷在電場中會受力而移動，當導體之間有了介質，則阻礙了電荷移動而使得電荷累積在導體上；造成電荷的累積儲存，最常見的例子就是兩片平行金屬板。也是電容器的俗稱

（未畫出），驅動信號加在門極和源極（G-S）之間，是一種可控的開關器件。皿關斷時，電流仍然可以由體二極管流通。不過m體二極管的正向導通壓降和反向恢復時間都比SBD大得多，因此，一旦電流流過SR的體二極管，則整流損耗將明顯增加。

由于同步整流是由可控的三端半導體開關器件來實現的，因此必須要有符合一定時序關系的門極驅動信號去控制它，使其像一個二極管一樣地導通和關斷。驅動方法對銀的整體性能影響很大，因此，門極驅動信號往往是設計同步整流電路時必須要解決的首要問題。例如，SR開通過早或關斷過晚，都可能造成短路，而開通過晚或關斷過早又可能使SR的體二極管導通，使整流損耗和器件應力增大。

綜上所述，當功率MOS管反接時可以作為SR使用，其特點如下：

（1）SR是一個可控的三極開關器件，在門極和源極之間加人驅動信號時，可以控制功率MOS管源極S和漏極D之間的通/斷。

（2）門極驅動信號和源極電壓同步，如源極為高電平時，驅動信號也是高電平則MOS管導通；反之，源極為低電平時，驅動信號也是低電平，則MOS管關斷；這樣就自然實現了整流，而且電流也只能由源極s流向漏極D。由于是通過門極信號和源極電壓同步來實現整流的，因此把這種整流方式稱為同步整流。

（3）用于PWM

PWM

PWM即脈沖寬度調制，是一種利用微處理器的數字輸出來控制模擬電路的控制技術。PWM以其控制簡單、靈活、效率高和動態響應好等優點而被廣泛應用在從測量、通信到功率控制與變換的許多領域中。PWM是開關型穩壓電源中的術語。這是按穩壓的控制方式分類的，除了PWM型，還有PFM型和PWM、PFM混合型。如今的很多微型控制器中都有PWM控制器。

開關轉換器

轉換器

轉換器從原理上可分為協議轉換器、接口轉換器兩大類。從應用上又可以分光纖轉換器、光電轉換器、視頻轉換器等等。例如視頻轉換器就是一種連接電腦和電視的設備，它可以把電腦上的內容轉換并顯示在電視機上，讓人們可以在電視上學電腦，上網，玩游戲，做商業演示，看股票等等。 [全文]

中的同步整流管SD代替SBD作為整流管或續流工作時，必須保證門極有正確的控制時序，使其工作與PWM開關轉換器

的主開關管同步協調工作。因此不同的開關轉換器主電路，其同步整流管的控制時序也是不同的。同步整流開關管的控制時序將在后面進行介紹。

（4）在功率MOS管反接的情況下，其固有的體二極管極性卻是正向的。有時要利用它先導通，以便過渡到功率MOS管進入整流狀態。但由于體二極管的正向壓降較大，常常不希望它導通或導通時問過長。