什么是同步整流器？开关MOSFET较同步整流器在功率电源中的耗散如何？

　　什么是同步整流？

　　同步整流是采用通态电阻极低的专用功率MOSFET，来取代整流二极管以降低整流损耗的一项新技术。它能大大提高DC/DC变换器的效率并且不存在由肖特基势垒电压而造成的死区电压。

　　同步整流的基本电路结构功率MOSFET属于电压控制型器件，它在导通时的伏安特性呈线性关系。

　　用功率MOSFET做整流器时，要求栅极电压必须与被整流电压的相位保持同步才能完成整流功能，故称之为同步整流。PS7516和PS7616是锂电池升压输出5V1A，2A的同步整流升压经典IC，FP6717，FP6716也是锂电池升压输出5V3A，5V2A中的佼佼者。

　　为什么要应用同步整流技术电子技术的发展，使得电路的工作电压越来越低、电流越来越大。低电压工作有利于降低电路的整体功率消耗，但也给电源设计提出了新的难题。开关电源的损耗主要由3部分组成：功率开关管的损耗，高频变压器的损耗，输出端整流管的损耗。在低电压、大电流输出的情况下，整流二极管的导通压降较高，输出端整流管的损耗尤为突出。快恢复二极管（FRD）或超快恢复二极管（SRD）可达1.0～1.2V，即使采用低压降的肖特基二极管（SBD），也会产生大约0.6V的压降，这就导致整流损耗增大，电源效率降低。

　　举例说明，笔记本电脑普遍采用3.3V甚至1.8V或1.5V的供电电压，所消耗的电流可达20A。此时超快恢复二极管的整流损耗已接近甚至超过电源输出功率的50%。即使采用肖特基二极管，整流管上的损耗也会达到（18%～40%）PO，占电源总损耗的60%以上。因此，传统的二极管整流电路已无法满足实现低电压、大电流开关电源高效率及小体积的需要，成为制约DC/DC变换器提高效率的瓶颈。

　　同步整流比之于传统的肖特基整流技术可以这样理解：这两种整流管都可以看成一扇电流通过的门，电流只有通过了这扇门才能供负载使用。传统的整流技术类似于一扇必须要通过有人大力推才能推开的门，故电流通过这扇门时每次都要巨大努力，出了一身汗，损耗自然也就不少了。

　　而同步整流技术有点类似我们通过的较高档场所的感应门了：它看起来是关着的，但你走到它跟前需要通过的时候，它就自己开了，根本不用你自己费大力去推，所以自然就没有什么损耗了。通过上面这个类比，我们可以知道，同步整流技术就是大大减少了开关电源输出端的整流损耗，从而提高转换效率，降低电源本身发热。

　　在大功率电源当中，MOS器件的消耗至关重要。其很有可能关系到电源的整体效率。在之前的文章中，小编为大家介绍了一些功率耗散的方法，在本文中，小编将为大家介绍同步整流器耗散与开关MOSFET的耗散的相关知识。

　　什么是同步整流器？它的功耗如何？

　　同步整流器的耗散

　　对于除最大负载外的所有负载，在开、关过程中，同步整流器的MOSFET的漏源电压通过捕获二极管箝制。因此，同步整流器没有引致开关损耗，使其功率耗散易于计算。需要考虑只是电阻耗散。

　　最坏情况下损耗发生在同步整流器负载系数最大的情况下，即在输入电压为最大值时。通过使用同步整流器的RDS（ON）HOT和负载系数以及欧姆定律，就可以计算出功率耗散的近似值：

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

　　开关MOSFET的耗散

　　开关MOSFET电阻损耗的计算与同步整流器的计算相仿，采用其（不同的）负载系数和RDS（ON）HOT：PDRESISTIVE=［ILOAD2×RDS（ON）HOT］×（VOUT/VIN）

　　由于它依赖于许多难以定量且通常不在规格参数范围、对开关产生影响的因素，开关MOSFET的开关损耗计算较为困难。在下面的公式中采用粗略的近似值作为评估一个MOSFET的第一步，并在以后在实验室内对其性能进行验证：PDSWITCHING=（CRSS×VIN2×fSW×ILOAD）/IGATE。

　　其中CRSS为MOSFET的反向转换电容（一个性能参数），fSW为开关频率，而IGATE为MOSFET的启动阈值处（栅极充电曲线平直部分的VGS）的MOSFET栅极驱动的吸收电流和的源极电流。

　　一旦根据成本（MOSFET的成本是它所属于那一代产品的非常重要的功能）将选择范围缩小到特定的某一代MOSFET，那一代产品中功率耗散最小的就是具有相等电阻损耗和开关损耗的型号。若采用更小（更快）的器件，则电阻损耗的增加幅度大于开关损耗的减小幅度。

　　而采用更大［RDS（ON）低］的器件中，则开关损耗的增加幅度大于电阻损耗的减小幅度。

　　如果VIN是变化的，必须同时计算在VIN（MAX）和VIN（MIN）处的开关MOSFET的功率耗散。MOSFET最坏情况下功率耗散将出现在最小或最大输入电压处。耗散为两个函数的和：在VIN（MIN）（较高的负载系数）处达到最大的电阻耗散，和在VIN（MAX）（由于VIN2的影响）处达到最大的开关耗散。最理想的选择略等于在VIN极值的耗散，它平衡了VIN范围内的电阻耗散和开关耗散。

　　如果在VIN（MIN）处的耗散明显较高，电阻损耗为主。在这种情况下，可以考虑采用较大的开关MOSFET，或并联多个以达到较低的RDS（ON）值。但如果在VIN（MAX）处的耗散明显较高，则可以考虑减小开关MOSFET的尺寸（如果采用多个器件，或者可以去掉MOSFET）以使其可以更快地开关。

　　如果所述电阻和开关损耗平衡但还是太高，有几个处理方式：

　　改变题目设定。例如，重新设定输入电压范围;改变开关频率，可以降低开关损耗，且可能使更大、更低的RDS（ON）值的开关MOSFET成为可能;增大栅极驱动电流，降低开关损耗。MOSFET自身最终限制了栅极驱动电流的内部栅极电阻，实际上局限了这一方案;采用可以更快同时开关并具有更低RDS（ON）值和更低的栅极电阻的改进的MOSFET技术。

　　由于元器件选择数量范围所限，超出某一特定点对MOSFET尺寸进行精确调整也许不太可能，其底线在于MOSFET在最坏情况下的功率必须得以耗散。

　　本文主要为大家介绍了在大功率电源当中MOS器件耗散的两种方式。通过对这两种方式的讲解，详细大家都能够对其中的一些关键点理解透彻。