[发明专利]一种同步整流实现方法

说明书

技术领域

本发明涉及同步整流技术领域，特别涉及一种同步整流实现方法。

背景技术

工业与民用都经常需要把各种电网交流电压变成直流，而且大部份是隔离的直流电，随着国家标准对各种用电器的工作效率的进一步要求，目前对用电器中的变换器(一般为开关电源)的变换效率要求越来越高。其它国家也非常重视，如美国的能源署就制订了很多标准来规范开关电源的效率，其中80PLUS系列标准对电源的效率要求很高，金牌以上的电源必需使用同步整流(Synchronous rectifier)才能满足效率要求。

高效率开关电源一般包括功率级、变压器、同步整流电路以及同步整流控制电路。通常，功率级可以将输入电压变成交流电压，交流电压经过变压器变成副边交流电压，副边交流电压经过同步整流电路转换成期待的直流电压加在负载上，期待的直流电压一般叫输出电压，从而完成从输入的直流电压到输出电压的转换，其中同步整流控制电路通过控制同步整流电路中的同步整流开关管的开通和关断来实现同步整流，代替传统的整流二极管来实现整流。

同步整流技术是高效率开关电源中应用广泛的技术，采用通态电阻极低的金属氧化物半导体场效应晶体管(Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor，简称MOSFET，或MOS管)取代整流二极管，以降低整流损耗、提高开关电源的整机效率。

同步整流开关管工作在仿二极管模式，但其导通压降比二极管要低，这样来提高开关电源的整机效率。同步整流开关管简称为同步整流管，根据同步整流管在关断前的瞬间，流过同步整流管的电流是否为零，可以将同步整流管所在开关电源的工作模式，分为连续模式(Continuous Current mode，简称CCM)、断续模式(Discontinuous Current mode，简称DCM)以及临界模式(Critical Current mode，CrCM)。在CCM模式下，同步整流开关管关断时电流不为零，而在DCM/CrCM模式下，同步整流开关管关断时电感电流为零。在DCM模式下，可以消除输出滤波环流，减小磁损和开关损耗，同时防止反灌电流，从而提高可靠性。

由于现代高速超大规模集成电路的尺寸不断减小，功耗不断降低，供电电源的电压也随之要求越来越低。很多领域的直流母线电压由原来的48V降为24V，甚至降至12V。例如电脑主板中，CPU的工作电压目前已低至1.0V左右，电流却是近70A，这个工作电压就是由12V的母线电压经BUCK电路降压而来。在这个系统中，电压要经过三级变换，第一级，由输入的市电经过PFC电路(Power Factor Correction)变换为342V至380V左右的直流高压，其目的提高开关电源的功率因数，减小输入电流谐波；第二级，为主功率拓扑，目前常用半桥LLC电路(Series-Parallel Resonance Circuit)，实现从380V降至12V并实现电气隔离；第三级，再由12V经BUCK电路降至1V左右电压。

由于是多级变换，为了实现系统的高效率，每一级的变换效率都要高，这就要求主功率级不能使用传统的肖特基二极管(SBD)、快恢复开关二极管(FPD)等作为输出整流管，其正向压降约为0.4V-0.6V，甚至达1V，大电流时的通态功耗很大，在输出电压12V的主功率级变换器的损耗中，将占主要比重，这一级采用同步整流可以提高系统的变换效率。现代高速集成电路的电源电压，前文已描述过，已达1V左右，已降低到几乎可以与SBD或FRD正向压降可比的程度。所以必需采用三级变换，由第三级BUCK电路把12V降至1V左右的工作电压。

综上，同步整流在上述三级变换中至关重要。

同步整流的驱动方式有电压型驱动和电流型驱动两种。按照同步整流管的门极驱动电压的来源，又可以分为自驱动(Self driven)和外驱动(Externally driven)，外驱动又称为控制驱动(Control driven)。组合起来就有多种同步整流方案，以下分别叙述：

1、外驱动同步整流

外驱动同步整流管的门极电压需要从附加的外设驱动电路获得。为了实现同步，驱动电路必需由变换器的主功率开关管的驱动信号来控制。如中国专利号为ZL200810092272.3的发明，就是通过71、72这两个电容取代了原同步变压器获得驱动信号；

外驱动同步整流的缺点是驱动电路复杂，需要有检测控制、定时逻辑、同步变压器等。

2、电压型(或电流型)自驱动同步整流