同步整流技術(shù)已經(jīng)成為現(xiàn)代開關(guān)電源技術(shù)的標(biāo)志。凡是高水平開關(guān)電源，必定有同步整流技術(shù)。在使用面上早已不再局限于5V、3.3V、2.5V這些低輸出電壓領(lǐng)域，現(xiàn)在上至12V，15V，19V至24V以下輸出，幾乎都在使用同步整流技術(shù)。下面介紹和分析各種同步整流技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)、缺點(diǎn)及實(shí)現(xiàn)方法。

　　一、自驅(qū)動同步整流

　　這里給出反激、正激及推挽三種電路的同步整流電路。在正常輸入電壓值附近工作時，效果十分明顯，在高端時，效率變壞而且容易損壞MOSFET。其電路如圖1所示。輸出電壓小于5V時才適用。

圖1. 反激、正激、推挽電路的自偏置同步整流電路

　　二、輔助繞組驅(qū)動的同步整流

　　為了防止高端輸入時同步整流的MOSFET柵極上的電壓過高，改用從二次側(cè)繞組中增加驅(qū)動繞組的方式。該方式可以有效地調(diào)節(jié)驅(qū)動同步整流的MOSFET的柵壓，使它在MOSFET柵壓的合理區(qū)域，從而保護(hù)了MOSFET，提高了電源的可靠性，此外也將輸出電壓從5V擴(kuò)展到24V。其工作原理如圖2所示。

　　三、控制IC方式的同步整流

　　為提高驅(qū)動同步整流MOSFET的效果，從而設(shè)計了各種模式的同步整流的控制驅(qū)動IC，也取得了不少成果，它將同步整流MOSFET的柵壓調(diào)至狀態(tài)。將其開啟關(guān)斷也提高了時控，其主要的不足在于MOSFET的源極必須接地，這會加大地線上的開關(guān)噪聲，并傳輸至電源輸出端。此外其開關(guān)時序由自身輸出脈沖給出，所以同步整流MOSFET的開啟關(guān)斷通常為硬開關(guān)，其時間會與初級側(cè)主開關(guān)有些時間差，因此輸出電壓大體控制在20V以下，ST公司推出的STSR2、STSR3，以及線性技術(shù)公司的LTC3900和LTC3901即是此種控制方式的代表作品。圖3和圖4給出其應(yīng)用電路圖。

圖3  STSR2,STSR3驅(qū)動同步整流的電路

圖4  LTC3900和LTC3901驅(qū)動的同步整流電路

　　四、ZVS、ZCS同步整流

　　該種方式誕生于2002年5月，在全橋或半橋電路中，PWM 輸出的信號經(jīng)信號變壓器或高速光耦傳遞至二次側(cè)，再經(jīng)過RC網(wǎng)絡(luò)積分后， 經(jīng)過MOSFET驅(qū)動器去驅(qū)動同步整流的MOSFET，驅(qū)動信號的脈沖寬度幾乎不變， 保持各50％的占空比，而當(dāng)DC／DC系統(tǒng)輸出電壓穩(wěn)壓，脈寬調(diào)寬以后，二次側(cè)同步整流MOSFET 即工作于ZVS、ZCS條件之下。因?yàn)榇藭r同步整流MOSFET開啟時，變壓器二次側(cè)繞組電壓為零，電流也為零”當(dāng)二次側(cè)繞組產(chǎn)生電壓時，同步整流MOSFET己經(jīng)導(dǎo)通作好整流準(zhǔn)備，開啟抿耗為零，整個損耗只有導(dǎo)通損耗。當(dāng)二次側(cè)繞組的電壓回零時，同步整流MOSFET還處在導(dǎo)通狀態(tài)，而當(dāng)同步整流MOSFET關(guān)斷信號來臨時其源漏電壓已經(jīng)為零，也無電流流過，MOSFET 在ZVS、ZCS條件下關(guān)斷。圖5為ZVS、ZCS 同步整流控制電路的原理圖，而圖6是波形圖。

圖5 ZVS、ZCS同步整流控制電路原理圖

圖6ZVS、ZCS同步整流控制電路波形圖

　　如果PWM控制IC放置于二次側(cè)，那么這種控制方法更容易實(shí)現(xiàn)，由一個同步觸發(fā)器加上驅(qū)動器就做到了。遺憾的是該方法只適用于全對稱電路模式。那么對正激電路及全橋移相電路如何處理呢？人們總有辦法解決的。

　　五、正激電路的ZVS、ZCS 方式同步整流

　　從對稱式同步整流效果來看，它實(shí)現(xiàn)了>95％的轉(zhuǎn)換效率（5 V、40A、200W）。對單管正激或雙管正激人們則采取了ZVS方式，控制信號可以來自三次側(cè)也可以來自側(cè)。ZVS正激電路的同步整流原理電路如圖7所示，V2為整流MOSFET（forword），V3為回流續(xù)流MOSFET（freewheel）。IC2為同步整流控制IC，而IC1為側(cè)控制 IC，它通過信號變換器給出同步信號。同步信號傳邋至同步整流控制IC中，驅(qū)動整流MOSFET的同步脈沖延遲一點(diǎn)時間，此時間內(nèi)讓整流MOSFET的體二極管先行導(dǎo)通，而當(dāng)驅(qū)動脈沖到達(dá)MOSFET柵極時，其源漏電壓已具有1 V，可以認(rèn)為是ZVS開啟，讓MOSFET體二極管導(dǎo)流時間越短越好，等到二次側(cè)繞綴反向后9關(guān)斷整流MOSFET，消除體二極管反向恢復(fù)時間造成的損耗?；亓鱉OSFET的開啟采用與整流MOSFET 相同的辦法，即將驅(qū)動脈沖信號延遲，也令其在1V電壓下開啟，而關(guān)斷則采用從回流， MOSFET源漏采樣的方法，當(dāng)認(rèn)為其電流己為零時，即將回流MOSFET關(guān)斷，所以其為ZCS關(guān)斷。此外，為了減小回流MOSFET的體二極管導(dǎo)通時間，在整個回流時段內(nèi)都給出驅(qū)動脈沖。采用這樣的方法處理后，開關(guān)損耗雖然比對稱方式的ZVS， ZCS要大，但效率也有很大提高，特別是同步整流MOSFET的體二極管，如果是怏速恢復(fù)型側(cè)效果更佳。線性技術(shù)公司的LTC3900、美信公司的MAX5058及MAX5059 FF是的控制IC。圖8給出其工作波形，我們可以仔細(xì)注意其時間差。

圖7 ZVS正激電路的同步整流原理電路

圖8 ZVS正激電路同步整流工作波形圖

　　正激式電路的同步整流目前研制出一種預(yù)檢測MOSFET開關(guān)狀態(tài)，通過調(diào)節(jié)下一周期MOSFET 的開關(guān)延遲時間來達(dá)到近乎零電壓開關(guān)狀態(tài)，從而大幅度提高同步整流的效率。該技術(shù)是正激電路同步整流的大突破，它是用控制IC來實(shí)現(xiàn)的。圖9是預(yù)檢測柵驅(qū)動技術(shù)正激同步整流原理電路，圖10給出波形圖。

圖9 預(yù)檢測柵驅(qū)動披術(shù)正激同步整流原理電路

圖10 預(yù)檢測柵驅(qū)動技術(shù)正激同步整流工作波型

　　六、完全控制的同步整流電路

　　（1）、全橋移相，二次同步整流電路

　　圖11給出采用UCC3895 PWM IC的全橋移相ZVS，二次倍流同步整流工作電路。

圖11 全橋移相ZVS，二次倍流同步整流

　　（2）、硬開關(guān)，二次同步整流電路

　　圖12 10給出LTC3723 PWM IC的推挽硬開關(guān)，二次ZVS、ZCS 同步整流控制的工作電路。

圖12 推挽硬開關(guān)，二次ZVS、ZCS同步整流控制的工作電路

　　（3）、正激硬開關(guān)，二次ZVS、ZCS 同步整流電路

　　圖13給出SC4910控制二次側(cè)同步整流電路，調(diào)節(jié)兩個同步驅(qū)動的延遲時間即可得到如此效果。

圖13 SC4910控制的二次側(cè)同步整流

　　從上述的介紹，我們可以看出近凡年來同步整流技術(shù)的飛速發(fā)展。DC／DC設(shè)計師應(yīng)該選擇合適的同步整流控制方法提高產(chǎn)品水平。