什么是同步整流?
同步整流是选用通态电阻极低的专用功率MOSFET,来替代整流二极管以下降整流损耗的一项新技能。它能大大进步DC/DC变换器的功率而且不存在由肖特基势垒电压而形成的死区电压。
同步整流的底子电路结构功率MOSFET归于电压操控型器材,它在导通时的伏安特性呈线性关系。
用功率MOSFET做整流器时,要求栅极电压有必要与被整流电压的相位坚持同步才干完结整流功用,故称之为同步整流。PS7516和PS7616是锂电池升压输出5V1A,2A的同步整流升压经典IC,FP6717,FP6716也是锂电池升压输出5V3A,5V2A中的佼佼者。
为什么要运用同步整流技能电子技能的开展,使得电路的作业电压越来越低、电流越来越大。低电压作业有利于下降电路的全体功率耗费,但也给电源规划提出了新的难题。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杰出。快康复二极管(FRD)或超快康复二极管(SRD)可达1.0~1.2V,即便选用低压降的肖特基二极管(SBD),也会发生大约0.6V的压降,这就导致整流损耗增大,电源功率下降。
举例说明,笔记本电脑遍及选用3.3V乃至1.8V或1.5V的供电电压,所耗费的电流可达20A。此刻超快康复二极管的整流损耗已挨近乃至超越电源输出功率的50%。即便选用肖特基二极管,整流管上的损耗也会到达(18%~40%)PO,占电源总损耗的60%以上。因而,传统的二极管整流电路已无法满意完成低电压、大电流开关电源高功率及小体积的需求,成为约束DC/DC变换器进步功率的瓶颈。
同步整流比之于传统的肖特基整流技能能够这样了解:这两种整流管都能够当作一扇电流经过的门,电流只要经过了这扇门才干供负载运用。传统的整流技能相似于一扇有必要要经过有人大力推才干推开的门,故电流经过这扇门时每次都要巨大尽力,出了一身汗,损耗天然也就不少了。
而同步整流技能有点相似咱们经过的较高级场所的感应门了:它看起来是关着的,但你走到它跟前需求经过的时分,它就自己开了,底子不必你自己费大力去推,所以天然就没有什么损耗了。经过上面这个类比,咱们能够知道,同步整流技能便是大大减少了开关电源输出端的整流损耗,然后进步转化功率,下降电源本身发热。
在大功率电源傍边,MOS器材的耗费至关重要。其很有或许关系到电源的全体功率。在之前的文章中,小编为我们介绍了一些功率耗散的办法,在本文中,小编将为我们介绍同步整流器耗散与开关MOSFET的耗散的相关常识。
什么是同步整流器?它的功耗怎么?
同步整流器的耗散
关于除最大负载外的一切负载,在开、关过程中,同步整流器的MOSFET的漏源电压经过捕获二极管箝制。因而,同步整流器没有引致开关损耗,使其功率耗散易于核算。需求考虑仅仅电阻耗散。
最坏情况下损耗发生在同步整流器负载系数最大的情况下,即在输入电压为最大值时。经过运用同步整流器的RDS(ON)HOT和负载系数以及欧姆定律,就能够核算出功率耗散的近似值:
PDSYNCHRONOUSRECTIFIER=[ILOAD2&TImes;RDS(ON)HOT]&TImes;[1》-)]
开关MOSFET的耗散
开关MOSFET电阻损耗的核算与同步整流器的核算相仿,选用其(不同的)负载系数和RDS(ON)HOT:PDRESISTIVE=[ILOAD2×RDS(ON)HOT]×(VOUT/VIN)
因为它依赖于许多难以定量且一般不在标准参数规模、对开关发生影响的要素,开关MOSFET的开关损耗核算较为困难。鄙人面的公式中选用大略的近似值作为评价一个MOSFET的第一步,并在今后在试验室内对其功用进行验证:PDSWITCHING=(CRSS×VIN2×fSW×ILOAD)/IGATE。
其间CRSS为MOSFET的反向转化%&&&&&%(一个功用参数),fSW为开关频率,而IGATE为MOSFET的发动阈值处(栅极充电曲线平直部分的VGS)的MOSFET栅极驱动的吸收电流和的源极电流。
一旦依据本钱(MOSFET的本钱是它所归于那一代产品的非常重要的功用)将挑选规模缩小到特定的某一代MOSFET,那一代产品中功率耗散最小的便是具有持平电阻损耗和开关损耗的类型。若选用更小(更快)的器材,则电阻损耗的添加起伏大于开关损耗的减小起伏。
而选用更大[RDS(ON)低]的器材中,则开关损耗的添加起伏大于电阻损耗的减小起伏。
假如VIN是改动的,有必要一起核算在VIN(MAX)和VIN(MIN)处的开关MOSFET的功率耗散。MOSFET最坏情况下功率耗散将出现在最小或最大输入电压处。耗散为两个函数的和:在VIN(MIN)(较高的负载系数)处到达最大的电阻耗散,和在VIN(MAX)(因为VIN2的影响)处到达最大的开关耗散。最理想的挑选略等于在VIN极值的耗散,它平衡了VIN规模内的电阻耗散和开关耗散。
假如在VIN(MIN)处的耗散显着较高,电阻损耗为主。在这种情况下,能够考虑选用较大的开关MOSFET,或并联多个以到达较低的RDS(ON)值。但假如在VIN(MAX)处的耗散显着较高,则能够考虑减小开关MOSFET的尺度(假如选用多个器材,或许能够去掉MOSFET)以使其能够更快地开关。
假如所述电阻和开关损耗平衡但仍是太高,有几个处理方法:
改动标题设定。例如,从头设定输入电压规模;改动开关频率,能够下降开关损耗,且或许使更大、更低的RDS(ON)值的开关MOSFET成为或许;增大栅极驱动电流,下降开关损耗。MOSFET本身终究约束了栅极驱动电流的内部栅极电阻,实际上限制了这一计划;选用能够更快一起开关并具有更低RDS(ON)值和更低的栅极电阻的改善的MOSFET技能。
因为元器材挑选数量规模所限,超出某一特定点对MOSFET尺度进行准确调整或许不太或许,其底线在于MOSFET在最坏情况下的功率有必要得以耗散。
本文主要为我们介绍了在大功率电源傍边MOS器材耗散的两种方法。经过对这两种方法的解说,具体我们都能够对其间的一些要害点了解透彻。