同步整流技术
产生背景
随着电子技术的发展,电子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有三部分组成: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比较高,导致输出端整流管的损耗显著增加。即使使用快恢复二极管(FRD)或超快恢复二极管(SRD),其导通压降仍可达到1.0~1.2V,而采用低压降的肖特基二极管(SBD)也会产生约0.6V的压降。这些高压降元器件导致整流损耗增加,从而降低了电源的效率。
举个例子来说明问题,假设使用3.3V甚至更低的供电电压,并且回路中的电流达到20A。这种情况下,超快恢复二极管的整流损耗P=UI=24W已经接近或超过电源输出功率的36%。即使采用肖特基二极管,整流管上的损耗也会占据18%电源输出功率。因此,传统的二极管整流电路无法满足实现低电压、大电流开关电源高效率和小体积的需求,成为限制DC-DC变换器提高效率的瓶颈。
同步整流的特点
同步整流是采用通态电阻极低的专用功率MOSFET,通常采用SGT工艺的功率MOS管,这种工艺,具有极低的RDSON和更优秀的开关频率,用以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效应。由图MOS同步整流与二极管整流输出对比
可以看出,采用MOS管的同步整流输出表现为线性特点,相比于二极管整流表现更为平稳。
同步整流技术的工作原理
从同步整流原理图中可以看出,整流管S3和续流管D2的驱动电压从变压器的副边绕组取出,加在MOS管的栅G和漏D之间,如果在独立的电路中MOS管这样应用不能完全开通,损耗很大,但用在同步整流时是可行的简化方案。由于S3和S4两个管子开关状态互锁,一个管子开,另一个管子关,所以我们只简要分析电感电流连续时的开通情况。我们知道MOS管具有体内寄生的反并联二极管,这样电感电流连续应用时,MOS管在真正开通之前并联的二极管已经开通,把源S和漏D相对栅的电平保持一致,加在GD之间的电压等同于加在GS之间的电压,这样变压器副边绕组同名端为正时,整流管S3的栅漏GD电压为正,整流管零压开通,当变压器副边绕组为负时,续流管D2开通,滤波电感续流。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,这就是同步整流的运行逻辑。
CMD065N04
CMD065N04 Cmos为电源DC-DC模块开发的一款物料,得益于Cmos对于半导体先进制造工艺的研究和创新,这款物料具有多项优秀的参数,整体性能卓越。
核心优势
CMD065N04是一款耐压值VDS=40V,采用栅极分割改进型沟槽工艺制造的场效应晶体管。在常温环境条件下,CMD065N04漏源过电流达到80A,具有优秀的功率输送能力。优秀的功率传递能力和散热设计使其在无刷电机,电源DC-DC变换器模块,太阳能蓄电池充放电保护控制器中被广泛应用,性能可靠稳定。
低优值系数:降低能耗,提升效率
优值系数FOM=QG×RDSON 可以定性表达MOS管的转化效率。由表达式右端的QG和RDSON两项参数可得,FOM是可以反映MOS管自身导通损耗与开关损耗的。CISS=1000PF或QG=10NC的效率开关特点,使其用适合用于高频同步整流的开关。CMD065N04饱和导通内阻RDSON仅为5MΩ,低导通内阻值,P=I2×R,使其在DC-DC同步整流过程中功率损耗格外理想。
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