反激同步整流技术解密

同步整流

同步整流（SR）是采用通态电阻极低的功率MOSFET取代整流二极管以降低损耗的一项新技术。它能显著提升转换效率，并可利用其二次侧的优势改善电源指标，符合开关电源小型化、高能效、智能化的发展趋势。

随着六级能效的实施及快速充电技术的普及，同步整流在反激变换器中被电源工程师们广泛应用。然而，同步整流如何分类及选型？其控制算法是如何解决振铃误开通等技术难题？系统应用时是否需要外部并联二极管及RC吸收……

芯朋微技术团队分享原创观点，为您一一解答！

同步整流分类

从拓扑架构角度，同步整流可分为High side和Low side两大类。

High side

特点：

由于SR驱动电流大，SR参考地与输出地分开，EMC较好；

高压自供电影响轻载转换效率；

难以监控输出电压。

Low side

特点：

SR参考GND与输出共地，EMC稍差；

输出电压直接供电，转换效率高；

监控输出电压，易改善电源指标。

从控制策略角度，同步整流可分为DCM模式和CCM模式，而CCM模式又以预测关断和快速关断为主导。

DCM模式

优点：算法简单可靠，外围精简。

缺点：控制算法与MOSFET通态电阻相关；SR须与原边芯片配合，仅能工作在不连续导电模式。

CCM模式--预测关断

由SR开关波形扑捉Vg/n、Vo、T1信息，根据负秒平衡原理，估算SR关断点：

优点：控制算法与MOSFET通态电阻无关，应用灵活；SR深度导通，转换效率高。

缺点：需采用电阻及积分电容提取相关信息，外围复杂、误差大；伏秒不平衡工况下(模式切换)有技术风险。

CCM模式--快速关断

优点：算法简单可靠，外围精简。

缺点：控制算法与MOSFET通态电阻相关；SR在t1~t2区间非深度导通，转换效率有所降低。

同步整流关键技术

以DCM同步整流技术为例，分别讨论同步整流控制算法的五大难题：

1. 由于振铃可能会产生负电压，如何避免振铃误开通造成直通炸机？

2. 关断阀值是固定不变的吗？如何自适应负载量和Rds(on)的温度特性？

3. SR如何做好配角，避免损坏?

4. SR关断点会引起反射电压突变，如何避免影响PSR采样？

5. 由于二极管整流与SR整流的温度特性完全相反，如何改善电压调整率？

避免振铃误开通

为了避免振铃引起的负电压(＜-400mV)导致SR开通而引起与原边开关管直通现象，SR开通须附加条件，基于以下考虑：

• 单个振铃面积远远小于矩形波面积

• 振铃是以输出电压为中心正弦振荡，最高振幅在2*Vo附近

自适应关断阈值

SR须在去磁时间T2内关断:关断点过于提前轻则降低转换效率，重则影响PSR采样；关断点滞后轻则引起电流倒灌，重则可能导致直通。

防止体二极管烧毁

SR应做好配角，避免体二极管损坏：

• 匹配原边主控：在输出电压欠压保护前，SR不能供电不足而关闭；

• 匹配同步MOSFET：MOSFET门槛电压应低于SR欠压保护阀值，并留有裕量  。

避免影响PSR采样

由于在SR关断点会引起反射电压突变，PSR输出电压脉冲采样点应避开SR关断点。

以PN8370+PN8305套片方案为例，PSR的最小去磁时间为:

SR通过外部RT电阻设定最小导通时间:

当SR在0.75~1倍去磁时间关闭时，可避免与PSR冲突：

改善输出电压

PSR在去磁时间内采样变压器辅助绕组，估算输出电压，为改善输出电压的负载调整率，PSR控制器须考虑整流器的温度特性：MOSFET为正温度特性，Diode为负温度特性。

Chipown同步整流解决方案及技术问答

芯朋微PN8305系列同步整流密切配合第三代PSR产品，提供5V2A-5V4.8A解决方案，有效解决同步整流五大技术难点:

1. PN8305系列以面积法为基础，附加三个开通条件，有效区分振铃，零直通炸机风险。

2. PN8305系列正温度补偿关断阀值，提高转换效率及可靠性。

3. PN8305系列以创新双供电技术确保SR当好配角，无须外并二极管。

4. PN8305系列RT电阻可调+第三代PSR采样优化，避免SR与PSR采样冲突。

5. 第三代PSR针对SR正温度系数特性优化，改善输出电压调整率。

技术问答

典型系统应用方案

输出电压在小载不稳定怎么办？

采样冲突，按公式设置RT电阻；DPFM与PWM工作模式切换点不稳定：减小线补电流、采用慢管供电、减小变压器匝比。

是否需要RC吸收？

由于SR MOSFET有nF级的寄生Cds电容，(相对二极管)dV/dt变化缓慢，一般不需要加RC吸收。

外围参数如何设置？

Vin不须外串电阻；Vdet须串联20ohm左右电阻避免负电流损坏芯片；Vcc外接0.1uF去耦电容；RT电阻(kohm)为最小去磁时间(us)的10倍左右。

ESOP底部覆铜对温升影响？

ESOP的框架和内部MOSFETDrain连接散热，底部是否焊锡对温升有几度影响。

同步整流是否需要外并二极管？

由于PN830X在任何工况下不会主动关闭，当好配角，不须外并二极管应对异常工况。