同步整流技術(shù)培訓(xùn)ppt課件

1、1現(xiàn)代高頻開關(guān)電源之同步整流技術(shù)現(xiàn)代高頻開關(guān)電源之同步整流技術(shù)Synchronous Rectifier(SR) TechnologySynchronous Rectifier(SR) Technology2傳統(tǒng)二極管整流電路面臨的問題傳統(tǒng)二極管整流電路面臨的問題同步整流技術(shù)及其特點同步整流技術(shù)及其特點同步整流的根本原理同步整流的根本原理同步整流的類別和闡明同步整流的類別和闡明典型電路實例分析典型電路實例分析同步整流的功率同步整流的功率MOSFETMOSFET最新進(jìn)展最新進(jìn)展GW-EPS1000DA(90+)GW-EPS1000DA(90+)同步整流設(shè)計分析同步整流設(shè)計分析同步整流典型案例分享

2、同步整流典型案例分享Agenda Agenda 目錄目錄3隨著電子技術(shù)的開展，使得電路的任務(wù)電壓越來越低、電流越來越大。低電壓任務(wù)利于降低電路的整體功率耗費，但也給電源設(shè)計提出了新的難題。一、傳統(tǒng)二極管整流電路面臨的問題一、傳統(tǒng)二極管整流電路面臨的問題開關(guān)電源損開關(guān)電源損耗主要來源耗主要來源在低壓、大電流輸出的情況下，整流二極管的導(dǎo)通壓降較高，輸出端整流管的損耗尤為突出?？旎謴?fù)二極管FRD或超快恢復(fù)二極管UFRD可達(dá)1.01.2V，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(dǎo)致整流損耗增大，電源效率降低。功率開關(guān)管高頻變壓器輸出端整流管SBD(UF=0.4V)Uo(V

3、)53.30.8PF/Po=UF/Uo(%)81250功率功率MOSFET（UF=0.1)Uo(V)3.31.81.5PF/Po=UF/Uo(%)35.556.66公式推導(dǎo):忽略輸出整流電路的開關(guān)損耗時,那么PF/PO=UFIF/UOIO. 其中PF與PO分別為SBD的功耗及DC/DC PWM轉(zhuǎn)換的輸出功率.對于某些整流電路, 如中點抽頭全波整流電路,有IF =IO那么有PF/Po=UF/Uo.即UF/Uo反映了功率比PF/Po的大小.典型MOS管與SBD導(dǎo)通壓降比較4二、同步整流技術(shù)及其特點二、同步整流技術(shù)及其特點同步整流技術(shù)概念同步整流技術(shù)概念同步整流是采用通態(tài)電阻極低的公用功率MOSFE

4、T，來取代整流二極管以降低整流損耗的一項新技術(shù)。同步整流管體內(nèi)也有寄生二極管,其反向恢復(fù)電流引起的開關(guān)損耗 取決于當(dāng)AK間電壓變負(fù)向的時候運載電流大小,5功率MOS管屬于壓控型器件,在導(dǎo)通時的伏安特性呈線性關(guān)系。作整流器用的功率MOS管,要完成整流功能,柵極電壓必需與被整流電壓的相位堅持同步，即具有同步整流特性 同步整流技術(shù)特點同步整流技術(shù)特點2.高效整流特性1.同步整流特性 功率MOS管實屬一個雙導(dǎo)游電型器件,其完好的漏源伏安特性包括左圖的以原點對稱的第一、三象限.第一象限表示MOS管的正導(dǎo)游電特性,第三象限那么表示反導(dǎo)游電特性.同步整流技術(shù)正是利用該雙導(dǎo)游電特性來到達(dá)提高整流效率的目的.

5、與主開關(guān)MOS管比較,作為整流/續(xù)流用的同步MOS管要求具有：低RDS(on)、體二極管(body diode)反向恢復(fù)電荷小、柵極阻抗小和開關(guān)特性好等特點.而主MOS管常為硬開關(guān),那么要求開關(guān)速度快,以減小開關(guān)損耗.二、同步整流技術(shù)及其特點二、同步整流技術(shù)及其特點6三、同步整流的根本原理三、同步整流的根本原理 左圖1為常用 SR 電路 ,其中 VM1、VM2為功率MOS管 .VD1、VD2 為SBD.VM1、VD1組成SR1整流管;VM2、VD2 組成SR2續(xù)流管.任務(wù)過程如下:當(dāng)主開關(guān)管 VM 關(guān)斷時,驅(qū)動1和2給出信號,使VM2導(dǎo)通,VM1關(guān)斷,VM2 起續(xù)流作用:當(dāng) VM導(dǎo)通時 ,VM

6、2 關(guān)斷 ,VM1 開通 ,VM1 起整流的作用.由于驅(qū)動信號傳送和 VM1、VM2 柵極電壓到達(dá)閾值電壓Uth需求一定時間(死區(qū)時間),該時間內(nèi)VM1和VM2 尚未開通 ,那么VD1和VD2 分別導(dǎo)通或共同導(dǎo)通 ,以便提供電流通路根本原理根本原理根據(jù) SR 任務(wù)原理 ,同步整流網(wǎng)絡(luò)的功率損耗主要包括: VD1和VD2 的導(dǎo)通損耗; VD1和VD2的反向恢復(fù)損耗; VM1和VM2 的導(dǎo)通損耗; VM1和VM2 的驅(qū)動損耗當(dāng)開關(guān)頻率1MHz時,VM1和VM2的柵極驅(qū)動損耗占整流網(wǎng)絡(luò)總損耗的主要部分;而開關(guān)頻率1MHz時,VM1和VM2 的導(dǎo)通損耗占主導(dǎo)位置。低頻情況下,應(yīng)盡量減小VD1和VD2

7、的導(dǎo)通時間,或消除VD1和VD2的導(dǎo)通,那么電源效率會顯著提高.而到達(dá)這一目的,關(guān)鍵是優(yōu)化VM1和VM2 的驅(qū)動波形,使其接近于方波,能快速地導(dǎo)通或關(guān)斷VM1和VM2.VM1和VM2理想驅(qū)動波形如左圖2.其中Uth1和Uth2分別為VM1和VM2 的閾值電壓(普通n channel MOS管的為0.6V1.4V).7四、同步整流的類別和闡明四、同步整流的類別和闡明根據(jù)功率 MOS 2SR 驅(qū)動方式的不同 ,得到如下同步整流器的分類圖。8三種三種SR拓?fù)洌焊鶕?jù)變壓器的去磁復(fù)位方式有拓?fù)洌焊鶕?jù)變壓器的去磁復(fù)位方式有: 正激諧振復(fù)位式正激諧振復(fù)位式(FRR) ; 正激有源鉗位復(fù)位式正激有源鉗位復(fù)位式

8、( FACL) ; 正激多諧振復(fù)位式正激多諧振復(fù)位式(FMRC) .圖 5c SR管的驅(qū)動是諧振方式,其特點: 驅(qū)動損耗小(較適用于 1MHz以上的變換器); 變換器效率低(其驅(qū)動波形與理想波形相差較大,肖管導(dǎo)通時間長(約為 20 % TS) ;電壓應(yīng)力大 ,在500kHz以下無優(yōu)勢可言;只能采用調(diào)頻控制。四、同步整流的類別和闡明四、同步整流的類別和闡明9背景背景: Cross SR 的任務(wù)原理是利用主變壓器次級電壓的任務(wù)原理是利用主變壓器次級電壓 Usec驅(qū)驅(qū)動動 SR 管任務(wù)的管任務(wù)的,因此因此 Cross SR的性能受的性能受 Usec制約制約 ,可歸納為可歸納為: Usec峰值應(yīng)滿足峰

9、值應(yīng)滿足SR管的平安范圍管的平安范圍 , Uth Usec 600ns時，時，SP6019 會立刻的將會立刻的將PIN 6 輸出任務(wù)縮減至輸出任務(wù)縮減至1us，以維護(hù)，以維護(hù)SR Mosfet 不會交越動作。圖六：不會交越動作。圖六：3.任務(wù)闡明任務(wù)闡明15七、七、GW-EPS1000DA(90+)GW-EPS1000DA(90+)同步整流設(shè)計分析同步整流設(shè)計分析續(xù)流管Q13 Vgs和Id 波形整流管Q12 Vgs和Id 波形死區(qū)時間1.46us 死區(qū)時間5.38us 改動C601容值560/50V151/50V4.死區(qū)時間及死區(qū)時間及雙管導(dǎo)通分析雙管導(dǎo)通分析16七、七、GW-EPS1000D

10、A(90+)GW-EPS1000DA(90+)同步整流設(shè)計分析同步整流設(shè)計分析Q13 Vds和IdQ12 Vgs和IdQ13 Vgs和IdQ12 Vgs和Id17七、七、GW-EPS1000DA(90+)GW-EPS1000DA(90+)同步整流設(shè)計分析同步整流設(shè)計分析預(yù)置同步信號抓取18八、同步整流典型案例分享八、同步整流典型案例分享案例背景案例背景主板通電后Q1 A06601炸機頻繁發(fā)生(右圖),立案分析如下:分析過程分析過程1.首先量測AO6601 pin1(low side gate)以及pin3(high side gate) waveform-右圖Ch1 黃色的部份是high si

11、de, Ch2 藍(lán)色的部份是low side, ch3 是Vin的部份(紫色)分析: 可以看到不論是high side 或是low side 皆有induce 電壓堆疊的作用當(dāng)high side 及l(fā)ow side 關(guān)掉的時候。 High side 彈起約1.8V但在low side 彈起的同時(low side 約0.7V) high side最低約為0.6V, 因此有能夠會呵斥 high low side 同時導(dǎo)通的現(xiàn)象。 由于實驗的AO6601 low side Vgs(th)值較高的關(guān)係, 而沒有被燒掉, 另一方面也可以從Vin 電壓也可以看出並沒有短路的現(xiàn)象(因為假設(shè)是短路, 電壓會

12、往下drop), 但目前沒有此現(xiàn)象。19八、同步整流典型案例分享八、同步整流典型案例分享( (續(xù)續(xù)) )2.思索到驅(qū)動限流電阻的影響,對比量測1R和10R能否引起同時導(dǎo)通景象以下圖R91和R93電阻為1量測waveform 只將high side R9 1換上10的gate.目的是想要將high side 的開啟時間延後, 避開同時導(dǎo)通問題,但結(jié)果沒有差別3. 思索到high low side gate 的走線較長, 懷疑線感較大, 因 Vl=L*dt/di , 走線越長所產(chǎn)生的L就越大L越大電壓就越容易堆疊. 量測AO6601 pin3 的波形, 同時比較R91另一端BCM4716所送出的gate驅(qū)動電壓, 發(fā)現(xiàn)竟然差了0.32V(1.86V - 1.54V ).此電壓差別相當(dāng)多，卻也相當(dāng)ma