開關電源高效之利器 同步整流簡單介紹

   大家都知道,對于開關電源,在次級必然要有一個整流輸出的過程。作為整流電路的主要元件,通常用的是整流二極管(利用它的單向導電特性),它可以理解為一種被動式器件:只要有足夠的正向電壓它就開通,而不需要另外的控制電路。但其導通壓降較高,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(chǎn)生大約0.6V的壓降。
 這個壓降完全是做的無用功,并且整流二極管是一種固定壓降的器件,舉個例子:如有一個管子壓降為0.7V,其整流為12V時它的前端要等效12.7V電壓,損耗占0.7/12.7≈5.5%.而當其為3.3V整流時,損耗為0.7/4(3.3+0.7)≈17.5%?梢姶祟惼骷诘蛪捍箅娏鞯墓ぷ鳝h(huán)境下其損耗是何等地驚人。這就導致電源效率降低,損耗產(chǎn)生的熱能導致整流管進而開關電源的溫度上升、機箱溫度上升--------有時系統(tǒng)運行不穩(wěn)定、電腦硬件使用壽命急劇縮短都是拜這個高溫所賜。

  隨著電腦硬件技術的飛速發(fā)展,如GeForce 8800GTX顯卡,其12V峰值電流為16.2A。所以必須制造能提供更大輸出電流(如某品牌600W電源,四路12V,每路16A;3.3V和5V輸出電流各高達24A)的電源轉換器。

  而當前世界的能源緊張問題的凸現(xiàn),提供更高轉換效率的電源轉換器成了整個開關電源行業(yè)的不可回避的社會責任了。

  如何解決這些問題?尋找更好的整流方式、整流器件。
   同步整流技術和通態(tài)電阻(幾毫歐到十幾毫歐)極低的專用功率MOSFET就是在這個時刻走上開關電源技術發(fā)展的歷史舞臺了。作為取代整流二極管以降低整流損耗的一種新器件,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。因為用功率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。它可以理解為一種主動式器件,必須要在其控制極(柵極)有一定電壓才能允許電流通過,這種復雜的控制要求得到的回報就是極小的電流損耗。

  在實際應用中,一般在通過20-30A電流時才有0.2-0.3V的壓降損耗。因為其壓降等于電流與通態(tài)電阻的乘積,故小電流時,其壓降和恒定壓降的肖特基不同,電流越小壓降越低。這個特性對于改善輕載效率(20%)尤為有效。這在80PLUS產(chǎn)品上已成為一種基本的解決方案了。
 對于以上提到的兩種整流方案,我們可以通過灌溉農田來理解:

  肖特基整流管可以看成一條建在泥土上沒有鋪水泥的灌溉用的水道,從源頭下來的水源在中途滲漏了很多,十方水可能只有七、八方到了農田里面。

  而同步整流技術就如同一條鑲嵌了光滑瓷磚的引水通道,除了一點點被太陽曬掉的損失外,十方水能有9.5方以上的水真正用于澆灌那些我們日日賴以生存的糧食。

  比如常見的航嘉多核R80,其3.3V整流電路采用了通態(tài)電阻僅為0.004歐的功率MOSFET,在通過24A峰值電流時壓降僅為20*0.004=0.08V。如一般PC正常工作時的3.3V電流為10A,則其壓降損耗僅為10*0.004=0.04V,損耗比例為0.04/4=1%,比之于傳統(tǒng)肖特基加磁放大整流技術17.5%的損耗,其技術的進步已不僅僅是一個量的變化,而可以說是有了一個質的飛躍了。也可以說,同步整流為用戶修建了一條嚴絲合縫的灌溉電腦配件的供電渠道。


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