同步整流

同步整流技术已经成为现代开关电源技术的标志。

凡是高水平开关电源，必定有同步整流技术。

在使用面上早已不再局限于5V、3.3V、2.5V这些低输出电压领域，现在上至12V，15V，19V至24V以下输出，几乎都在使用同步整流技术。

下面介绍和分析各种同步整流技术的优点、缺点及实现方法。

一、自驱动同步整流
这里给出反激、正激及推挽三种电路的同步整流电路。

在正常输入电压值附近工作时，效果十分明显，在高端时，效率变坏而且容易损坏MOSFET。

其电路如图1所示。

输出电压小于5V时才适用。

图1. 反激、正激、推挽电路的自偏置同步整流电路
二、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，改用从二次侧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，使它在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。

其工作原理如图2所示。

图2辅助绕组驱动的同步整流电路
三、控制IC方式的同步整流
为提高驱动同步整流MOSFET的效果，从而设计了各种模式的同步整流的控制驱动IC，也取得了不少成果，它将同步整流MOSFET的栅压调至最佳状态。

将其开启关断也提高了时控精度，其主要的不足在于MOSFET的源极必须接地，这会加大地线上的开关噪声，并传输至电源输出端。

此外其开关时序由自身输出脉冲给出，所以同步整流MOSFET的开启关断通常为硬开关，其时间会与初级侧主开关有些时间差，因此输出电压大体控制在20V以下，ST 公司推出的STSR2、STSR3，以及线性技术公司的LTC3900和LTC3901即是此种控制方式的代
表作品。

图3和图4给出其应用电路图。

图3 STSR2,STSR3驱动同步整流的电路
图4 LTC3900和LTC3901驱动的同步整流电路
四、ZVS、ZCS同步整流
该种方式诞生于2002年5月，在全桥或半桥电路中，PWM 输出的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，驱动信号的脉冲宽度几乎不变，保持各50％的占空比，而当DC／DC系统输出电压稳压，一次脉宽调宽以后，二次侧同步整流MOSFET 即工作于ZVS、ZCS条件之下。

因为此时同步整流MOSFET开启时，变压器二次侧绕组电压为零，电流也为零”当二次侧绕组产生电压时，同步整流MOSFET己经导通作好整流准备，开启抿耗为零，整个损耗只有导通损耗。

当二次侧绕组的电压回零时，同步整流MOSFET还处在导通状态，而当同步整流MOSFET关断
信号来临时其源漏电压已经为零，也无电流流过，MOSFET 在ZVS、ZCS条件下关断。

图5为ZVS、ZCS 同步整流控制电路的原理图，而图6是波形图。

图5 ZVS、ZCS同步整流控制电路原理图
图6ZVS、ZCS同步整流控制电路波形图
如果PWM控制IC放置于二次侧，那么这种控制方法更容易实现，由一个同步触发器加上驱动器就做到了。

遗憾的是该方法只适用于全对称电路模式。

那么对正激电路及全桥移相电路如何处理呢？人们总有办法解决的。

五、正激电路的ZVS、ZCS 方式同步整流
从对称式同步整流效果来看，它实现了>95％的转换效率（5 V、40A、200W）。

对单管正激或双管正激人们则采取了ZVS方式，控制信号可以来自三次侧也可以来自一次侧。

ZVS正
激电路的同步整流原理电路如图7所示，V2为整流MOSFET（forword），V3为回流续流MOSFET （freewheel）。

IC2为同步整流控制IC，而IC1为一次侧控制 IC，它通过信号变换器给出同步信号。

同步信号传邋至同步整流控制IC中，驱动整流MOSFET的同步脉冲延迟一点时间，此时间内让整流MOSFET的体二极管先行导通，而当驱动脉冲到达MOSFET栅极时，其源漏电压已具有1 V，可以认为是ZVS开启，让MOSFET体二极管导流时间越短越好，等到二次侧绕缀反向后9关断整流MOSFET，消除体二极管反向恢复时间造成的损耗。

回流MOSFET的开启采用与整流MOSFET 相同的办法，即将驱动脉冲信号延迟，也令其在1V电压下开启，而关断则采用从回流， MOSFET源漏采样的方法，当认为其电流己为零时，即将回流MOSFET关断，所以其为ZCS关断。

此外，为了减小回流MOSFET的体二极管导通时间，在整个回流时段内都给出驱动脉冲。

采用这样的方法处理后，开关损耗虽然比对称方式的ZVS， ZCS要大，但效率也有很大提高，特别是同步整流MOSFET的体二极管，如果是怏速恢复型侧效果更佳。

线性技术公司的LTC3900、美信公司的MAX5058及MAX5059 FF是最新的控制IC。

图8给出其工作波形，我们可以仔细注意其时间差。

图7 ZVS正激电路的同步整流原理电路
图8 ZVS正激电路同步整流工作波形图
正激式电路的同步整流目前研制出一种预检测MOSFET开关状态，通过调节下一周期MOSFET 的开关延迟时间来达到近乎零电压开关状态，从而大幅度提高同步整流的效率。

该技术是正激电路同步整流的大突破，它是用控制IC来实现的。

图9是预检测栅驱动技术正激同步整流原理电路，图10给出波形图。

图9 预检测栅驱动披术正激同步整流原理电路
图10 预检测栅驱动技术正激同步整流工作波型
六、完全一次控制的同步整流电路
（1）、一次全桥移相，二次同步整流电路
图11给出采用UCC3895 PWM IC的一次全桥移相ZVS，二次倍流同步整流工作电路。

图11 一次全桥移相ZVS，二次倍流同步整流
（2）、一次硬开关，二次同步整流电路
图12 10给出LTC3723 PWM IC的一次推挽硬开关，二次ZVS、ZCS 同步整流控制的工作电路。

图12 一次推挽硬开关，二次ZVS、ZCS同步整流控制的工作电路（3）、一次正激硬开关，二次ZVS、ZCS 同步整流电路
图13给出SC4910控制二次侧同步整流电路，调节两个同步驱动的延迟时间即可得到如
此效果。

图13 SC4910控制的二次侧同步整流
从上述的介绍，我们可以看出近凡年来同步整流技术的飞速发展。

DC／DC设计师应该
选择合适的同步整流控制方法提高产品水平。