同步整流的简化与发展趋势

中心论题：

• 同步整流的发展趋势
• 两端整流器件的介绍
• 稳压器模块由一个电流源和比较器组成
• 采用这类器件需要理解的几方面的设计考虑

解决方案：

• 通过前级减小的输出电源纹波等方法节约功率和成本
• 快速对电容充电为MOSFET提供最大的栅极驱动
• 几十纳秒中提供快速方波栅极驱动克服谐振转换器中波形的dv/dt相对较小问题

 
同步整流的优点众所周知。功率FET的正向压降一般明显低于硅整流器的正向压降，甚至低于肖特基二极管的正向压降。
　　
对设计过同步整流器电路或正考虑这样做的人来说，问题也是显而易见的。除了定时问题以外，另一问题是栅极驱动电压随着输入及更加复杂的变压器设计而变化，更不消提知识产权问题，因为许多同步整流器设计已取得专利。
　　
本文讨论一种新颖的解决方案，采用一个自供电两端同步整流器器件。
　　
同步整流的趋势
随着效率重要性的增加，采用同步整流器也越来越普遍。这是因为总线电压趋向接近1伏，而电流要求以反比增长。一个典型的硅整流器在其正向偏置模式中的压降约为1伏。同样地，一个肖特基二极管在其正向偏置模式中的压降约为0.5伏。同步整流器的正向压降取决于MOSFET的导通电阻和器件中的正向电流。基于同步整流器的电源转换器的正向压降范围普遍为50 mV到200 mV。
　　
对于3.3伏的输出电压，如果采用肖特基二极管，变压器的输出电压须为3.8伏，而如果采用正向压降为100 mV的同步整流器，则变压器的输出电压须为3.4伏。肖特基型整流器的效率为3.3 V/3.8 V，或86%，而同步整流器的效率为3.3 V /3.4 V，或97%。仅输出段的效率就提高了11%。通过前级减小的输出电源纹波，及减小其他元组件上的应力，包括变压器、电源开关和输入滤波器，以节约功率和成本。
　　
同步整流更加重要，因为各种经济体均采用环保政策，如美国能源之星(Energy Star)提议的新要求。能源之星计划为基于铭牌功率水平的电源提出特定最低能效要求。比如，任何额定值为51瓦或以上的电源效率必须至少为85%。对于较低的功率水平，可以用公式计算能源之星额定值的最小允许效率。
　　
许多设计人员，因其设计复杂或知识产权问题而不愿采用同步整流器。减轻设计工作后，同步整流可以与两端二极管一样简单。过去二十年在同步整流器电路方面作了许多工作，因此在各类实践应用中出现了许多专利。这对于电路设计人员是一个挑战，要么绕过现有的知识产权，要么就只能支付专利费。
　　
两端器件
实现与两端整流器功能相当的器件，必须包括一个MOSFET，一个控制该器件以及内部偏置电源的非常快速且非常敏感的电路。这样的电路如图1所示。
　　
与同步整流器一样，功率MOSFET工作在第三象限。比较器检测MOSFET上的电压，当体二极管正向偏置时，比较器导通MOSFET。这部分电路面对的挑战是让比较器随着小的过载信号快速开关，并且以大驱动电流快速开关MOSFET。