同步整流(Synchronous Rectification，簡稱SR)是一種電源設計技術，通過用MOSFET替代傳統(tǒng)二極管來提高效率和性能。與使用肖特基二極管的非同步轉換器不同，SR使用MOSFET代替二極管，從而減少電壓降和功率損耗。這一點尤為重要，因為MOSFET的導通電阻(RDSON)低于二極管，導致更高的效率和更少的熱量產(chǎn)生。SR提升了熱性能、電源密度和整體系統(tǒng)可靠性，非常適合對效率和尺寸要求嚴格的應用，如便攜設備。

在同步降壓轉換器中，SR涉及以互補的方式驅動兩個MOSFET，確保最小的死區(qū)時間以防止交叉導通。這種配置保持了連續(xù)導通，即使在無負載時也能有效運行。

此外，外部肖特基二極管可用于緩解MOSFET體二極管在短暫死區(qū)時間內(nèi)造成的低效率。SR的優(yōu)點包括改善功率耗散、減少組件尺寸和提升制造良率。該技術支持通過并聯(lián)MOSFET處理更高的電流，也有助于更好的熱管理和電流共享，從而促進更強大和高效的電源轉換器。

Sync Power Corp的首席執(zhí)行官Allen Tan強調了其公司及其解決方案(如SP6025同步整流器驅動IC)的主要特點。該IC通過“預測”算法考慮前一個周期的時序，以線性控制當前周期的SR，調整關斷時間，從而實現(xiàn)最大效率并避免交叉導通。特別地，SP6025專為LLC應用和可變開關頻率系統(tǒng)設計。

設計方法

在前向轉換器中驅動同步整流器(SR)時，通?？紤]三種主要方法：外部驅動、自驅動和控制驅動。

外部驅動SR使用離散驅動電路來控制SR。這種方法簡單明了，但通常會導致電路板空間和成本的增加。此外，它缺乏對變化的工作條件的適應性，從而導致低效率。

自驅動SR更為復雜，利用前向電感電壓來控制SR。這種方法需要離散組件來進行驅動、偏置和感測，從而增加了設計的復雜性。自驅動SR面臨兩個主要挑戰(zhàn)：

在連續(xù)導通模式(CCM)下，SR直到主開關激活才會關斷，這可能導致主開關和SR之間的交叉導通，從而損壞轉換器(見圖1)。為了緩解這一問題，使用了固定定時器，但必須針對最壞情況設置，從而降低效率。

在間歇導通模式(DCM)下，電感電壓信號變得不可靠，導致SR操作不正確以及因反向導通而導致效率損失(見圖2)。再次使用固定定時器在電感能量耗盡之前關閉SR，進一步影響效率。

控制驅動SR提供了先進的解決方案，例如預測模式和電流模式。電流模式SR控制IC根據(jù)SR電流的方向檢測并開啟或關閉SR。雖然在DCM中有效，但電流模式控制在CCM中因電流方向快速變化而表現(xiàn)不佳。

為了解決這一問題，預測模式SR IC能夠預測電流變化，更有效地管理SR操作，避免反向導通等問題。盡管控制驅動方法更復雜且成本更高，但它們通過適應變化的條件并防止自驅動系統(tǒng)固有的問題，從而增強了可靠性和效率。

提高高頻轉換器中SR效率的進展與益處

在高頻低電壓轉換器中，實現(xiàn)基于電壓驅動的同步整流(SR)方案面臨獨特的挑戰(zhàn)。關鍵考慮是最小化SR的死區(qū)時間——SR設備關閉且體二極管導通的時間間隔(見圖3)。必須減少這一死區(qū)時間，以最大化SR帶來的效率提升。

現(xiàn)有的方法往往依賴于僅基于電流模式的控制電路，該電路檢測近零電流以防止反向導通。雖然在間歇導通模式(DCM)中有效，但在連續(xù)導通模式(CCM)中，由于主開關激活時SR電流方向的快速反轉，這些方法往往表現(xiàn)不佳。

Sync Power的SR IC，如SP6025，通過將預測電路與電流模式方法集成來解決這些局限性。SP6025中使用的預測電壓方法通過分析前一個周期并使用加權平均確定SR的導通時間，其中最近周期的權重最高，這種方法允許SR在主側開關激活之前開始關斷，有效防止反向導通。結合電流模式和預測模式的另一個重要好處是，通過控制SR接近理想整流器的行為(在最低損耗下單向導電)，來降低主開關上的應力尖峰電壓。

這種創(chuàng)新的設計提供了幾個關鍵優(yōu)勢。首先，它顯著減少了死區(qū)時間，從而提高了效率，減少了功率損耗。其次，預測電路增強了SR控制的響應性，使其非常適合在傳統(tǒng)方法可能失效的高頻CCM應用中。設計的主要演變是從被動的電流模式控制轉向主動的預測方法，從而實現(xiàn)對SR時序的更精確控制，提升整體轉換器的性能。

SR IC的同步及高頻性能

與變壓器次級電壓波形的同步對于優(yōu)化同步整流器(SR)的性能至關重要。這種同步確保SR僅在整流階段導電，從而最小化反向導通，并最大化系統(tǒng)效率。

而傳統(tǒng)的電流模式控制方法無法有效與轉換器操作同步。這一局限性需要每個周期進行實時調整，以防止SR的反向導通。為了解決這一問題，SP6025集成了預測電壓模式，使Sync Power的SR IC能夠與變壓器電壓和主側開關同時同步。這種同步對于確保SR以正確的方向導電至關重要，顯著提高了系統(tǒng)效率。

除了同步，運行在高達650 kHz的高頻率還帶來了顯著的好處。高速度驅動器和在SR IC中最小化的死區(qū)時間使這種高頻運行成為可能。其優(yōu)點包括減少轉換器尺寸和增加功率密度，這些對于現(xiàn)代緊湊且高效的電源系統(tǒng)至關重要。

在MOSFET技術中，選擇分裂柵和溝槽工藝也在RDSON(導通電阻)和BVdss(擊穿電壓)等性能特征中起著關鍵作用。分裂柵技術與溝槽技術相關，但它采用分成兩部分的柵極，這增強了對電場的控制，降低了柵-漏電容，在相同的BVdss條件下，與傳統(tǒng)溝槽MOSFET相比，這導致了更低的RDSON和更快的開關速度。

封裝方面的進展，例如從SOT/TO封裝轉向DFN和TOLL等新型封裝，也影響了熱性能和可靠性。新封裝允許在相同PCB占地面積內(nèi)容納更大的芯片尺寸，這降低了RDSON并改善了因更好的散熱器和銅夾使用而導致的熱量散發(fā)，這種轉變提升了熱管理和整體MOSFET的可靠性。