MOSFET同步整流|圖文干貨-KIA MOS管

MOSFET同步整流技術

1.同步整流正激變換器

圖1給出的是一種電壓自驅(qū)動同步整流正激變換器 ，圖1中兩個與變壓器耦合的分離輔助繞組N4、N5用來分別驅(qū)動兩個同步整流管 S201 、 S202。

當主開關管導通時，變壓器副邊繞組上正下負，S201柵極電壓為高，導通整流；主開關管截止時，副邊繞組下正上負，續(xù)流S202柵極為高，導通續(xù)流。

正激變換器中，同步整流S201的運行情況與變壓器磁復位方式有關。如果采用如圖1所示的輔助繞組復位電路，在復位結束過程之后，變壓器電壓保持為零的死區(qū)時間內(nèi)，輸出電流流經(jīng)續(xù)流 同步整流管S202，但是S202柵極無驅(qū)動電壓，所以輸出電流必須流經(jīng)S202 的體二極管。

MOSFET體二極管的正向?qū)妷焊撸聪蚧謴吞匦圆?，導通損耗非常大，這就使采用 MOSFET整流的優(yōu)勢大打折扣，

為了解決這一問題，較為簡單的做法是在S202的漏極和源極之間并聯(lián)一個肖特基二極管D201在S202截止的時間內(nèi)，代替S202的體二極管續(xù)流，這一方法增加的元件不多，線路簡單，也很實用。

為了優(yōu)化驅(qū)動波形，可以采用分離的輔助繞組來分別驅(qū)動兩個同步整流管，比起傳統(tǒng)的副邊繞組直接驅(qū)動的同步整流變換器來說，這種驅(qū)動方式無工作電流通過驅(qū)動繞組，

因此不需要建立輸出電流的時間，MOSFET能夠迅速開通，開通時的死區(qū)時間即體二極管導通的時間減少了一半 。另一方面驅(qū)動電壓不只局限于副邊電壓，可以通過調(diào)整輔助線圈來得到合適的驅(qū)動電壓。

輕載條件下的同步整流  

對于正激變換器，在主開關管截止的時間里，輸出電流是靠輸出儲能電感里的能量維持的，因此變換器有兩種可能的運行情況：電感電流連續(xù)模式( CCM， continuous current mode) 和電感電流斷續(xù)模式(DCM，discontinuous current mode)。

2.電感電流連續(xù)模式 CCM

當負載電流較大時，電感電流在整個周期內(nèi)都不會下降到零，每個開關周期可以分為兩個階段 ，在t1階段 ，S201導通，S202截止，電感兩端的電壓為Vs一Vo( 其中，Vs為變壓器副邊繞組 電壓 ，Vo為 變換器輸出電壓 )，電感電流持續(xù)上升；t2階段，S201關斷，S202導通，電感兩端電壓為-Vo，電感電壓持續(xù)下降。

穩(wěn)態(tài)時， 一個開關周期內(nèi)， 濾波電容C的平均充電電流與放電電流相等，故變換器輸出的負載電流平均值Io就是iL的平均值，由于負載電流較大，電感電流iL在整個周期中都不會下降至零，電感電流方向不發(fā)生變化，如圖 2( a) 所示 。

當負載電流Io減小時，ILmax和ILmin，都減小，當負載電流Io減小到使ILmin在Toff結束時恰好為零，2(b) 所示 ， 此時的負載電流稱之為臨界電流

當負載電流進一步減小時，對于副邊采用傳 統(tǒng)二極管續(xù)流工作的正激變換器來說，將會出現(xiàn)電感電流斷續(xù)的工作情況，如圖 2( C) 所示。

當副邊采用同步整流工作時，由于續(xù)流MOSFET的雙向?qū)ǖ奶匦?，使得此時的電感電流能夠反向，如圖2(d) 所示，產(chǎn)生環(huán)流。有了環(huán)流 就會消耗環(huán)流能量。

這個能量的大小和輸出濾波 電感有關，輸出濾波電感越小，環(huán)流就會越大，環(huán)流能量越大，損耗也越大。所以由于同步整流器不能從 CCM模態(tài) 自動切換到 DCM模態(tài)，輕載時就 會產(chǎn)生很大的環(huán)流損耗。環(huán)流損耗 、開關驅(qū)動損耗和開關損耗使得變換器輕載時的效率較低。

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