什么是同步整流？

　　同步整流是采用通態電阻極低的專用功率MOSFET，來取代整流二極管以降低整流損耗的一項新技術。它能大大提高DC/DC變換器的效率并且不存在由肖特基勢壘電壓而造成的死區電壓。

　　同步整流的基本電路結構功率MOSFET屬于電壓控制型器件，它在導通時的伏安特性呈線性關系。

　　用功率MOSFET做整流器時，要求柵極電壓必須與被整流電壓的相位保持同步才能完成整流功能，故稱之為同步整流。PS7516和PS7616是鋰電池升壓輸出5V1A，2A的同步整流升壓經典IC，FP6717，FP6716也是鋰電池升壓輸出5V3A，5V2A中的佼佼者。

　　為什么要應用同步整流技術電子技術的發展，使得電路的工作電壓越來越低、電流越來越大。低電壓工作有利于降低電路的整體功率消耗，但也給電源設計提出了新的難題。開關電源的損耗主要由3部分組成：功率開關管的損耗，高頻變壓器的損耗，輸出端整流管的損耗。在低電壓、大電流輸出的情況下，整流二極管的導通壓降較高，輸出端整流管的損耗尤為突出。快恢復二極管（FRD）或超快恢復二極管（SRD）可達1.0～1.2V，即使采用低壓降的肖特基二極管（SBD），也會產生大約0.6V的壓降，這就導致整流損耗增大，電源效率降低。

　　舉例說明，筆記本電腦普遍采用3.3V甚至1.8V或1.5V的供電電壓，所消耗的電流可達20A。此時超快恢復二極管的整流損耗已接近甚至超過電源輸出功率的50%。即使采用肖特基二極管，整流管上的損耗也會達到（18%～40%）PO，占電源總損耗的60%以上。因此，傳統的二極管整流電路已無法滿足實現低電壓、大電流開關電源高效率及小體積的需要，成為制約DC/DC變換器提高效率的瓶頸。

　　同步整流比之于傳統的肖特基整流技術可以這樣理解：這兩種整流管都可以看成一扇電流通過的門，電流只有通過了這扇門才能供負載使用。傳統的整流技術類似于一扇必須要通過有人大力推才能推開的門，故電流通過這扇門時每次都要巨大努力，出了一身汗，損耗自然也就不少了。

　　而同步整流技術有點類似我們通過的較高檔場所的感應門了：它看起來是關著的，但你走到它跟前需要通過的時候，它就自己開了，根本不用你自己費大力去推，所以自然就沒有什么損耗了。通過上面這個類比，我們可以知道，同步整流技術就是大大減少了開關電源輸出端的整流損耗，從而提高轉換效率，降低電源本身發熱。

　　在大功率電源當中，MOS器件的消耗至關重要。其很有可能關系到電源的整體效率。在之前的文章中，小編為大家介紹了一些功率耗散的方法，在本文中，小編將為大家介紹同步整流器耗散與開關MOSFET的耗散的相關知識。

　　什么是同步整流器？它的功耗如何？

　　同步整流器的耗散

　　對于除最大負載外的所有負載，在開、關過程中，同步整流器的MOSFET的漏源電壓通過捕獲二極管箝制。因此，同步整流器沒有引致開關損耗，使其功率耗散易于計算。需要考慮只是電阻耗散。

　　最壞情況下損耗發生在同步整流器負載系數最大的情況下，即在輸入電壓為最大值時。通過使用同步整流器的RDS（ON）HOT和負載系數以及歐姆定律，就可以計算出功率耗散的近似值：

　　PDSYNCHRONOUSRECTIFIER=［ILOAD2×RDS（ON）HOT］×［1》-）］

　　開關MOSFET的耗散

　　開關MOSFET電阻損耗的計算與同步整流器的計算相仿，采用其（不同的）負載系數和RDS（ON）HOT：PDRESISTIVE=［ILOAD2×RDS（ON）HOT］×（VOUT/VIN）

　　由于它依賴于許多難以定量且通常不在規格參數范圍、對開關產生影響的因素，開關MOSFET的開關損耗計算較為困難。在下面的公式中采用粗略的近似值作為評估一個MOSFET的第一步，并在以后在實驗室內對其性能進行驗證：PDSWITCHING=（CRSS×VIN2×fSW×ILOAD）/IGATE。

　　其中CRSS為MOSFET的反向轉換電容（一個性能參數），fSW為開關頻率，而IGATE為MOSFET的啟動閾值處（柵極充電曲線平直部分的VGS）的MOSFET柵極驅動的吸收電流和的源極電流。

　　一旦根據成本（MOSFET的成本是它所屬于那一代產品的非常重要的功能）將選擇范圍縮小到特定的某一代MOSFET，那一代產品中功率耗散最小的就是具有相等電阻損耗和開關損耗的型號。若采用更小（更快）的器件，則電阻損耗的增加幅度大于開關損耗的減小幅度。

　　而采用更大［RDS（ON）低］的器件中，則開關損耗的增加幅度大于電阻損耗的減小幅度。

　　如果VIN是變化的，必須同時計算在VIN（MAX）和VIN（MIN）處的開關MOSFET的功率耗散。MOSFET最壞情況下功率耗散將出現在最小或最大輸入電壓處。耗散為兩個函數的和：在VIN（MIN）（較高的負載系數）處達到最大的電阻耗散，和在VIN（MAX）（由于VIN2的影響）處達到最大的開關耗散。最理想的選擇略等于在VIN極值的耗散，它平衡了VIN范圍內的電阻耗散和開關耗散。

　　如果在VIN（MIN）處的耗散明顯較高，電阻損耗為主。在這種情況下，可以考慮采用較大的開關MOSFET，或并聯多個以達到較低的RDS（ON）值。但如果在VIN（MAX）處的耗散明顯較高，則可以考慮減小開關MOSFET的尺寸（如果采用多個器件，或者可以去掉MOSFET）以使其可以更快地開關。

　　如果所述電阻和開關損耗平衡但還是太高，有幾個處理方式：

　　改變題目設定。例如，重新設定輸入電壓范圍;改變開關頻率，可以降低開關損耗，且可能使更大、更低的RDS（ON）值的開關MOSFET成為可能;增大柵極驅動電流，降低開關損耗。MOSFET自身最終限制了柵極驅動電流的內部柵極電阻，實際上局限了這一方案;采用可以更快同時開關并具有更低RDS（ON）值和更低的柵極電阻的改進的MOSFET技術。

　　由于元器件選擇數量范圍所限，超出某一特定點對MOSFET尺寸進行精確調整也許不太可能，其底線在于MOSFET在最壞情況下的功率必須得以耗散。

　　本文主要為大家介紹了在大功率電源當中MOS器件耗散的兩種方式。通過對這兩種方式的講解，詳細大家都能夠對其中的一些關鍵點理解透徹。