摘要:本文介紹了同步整流技術(Synchronous Rectifier Technology)在通信電源模塊中的應用，與傳統(tǒng)技術進行了對比，結合實例具體分析了同步整流技術在實際產品應用中的技術優(yōu)勢和發(fā)展前景。
關鍵詞: 同步整流；效率；基板結構
同步整流技術概述
現今電力電子技術在電源模塊中發(fā)展的趨勢是低電壓、大電流。使得在次級整流電路中選用同步整流技術成為一種高效、低損耗的方法。由于功率MOSFET的導通電阻很低，能提高電源效率，所以在采用隔離Buck電路的DC/DC變換器中已開始形成產品。同步整流技術原理示意圖見圖1。
同步整流技術是通過控制功率MOSFET的驅動電路，來利用功率MOSFET實現整流功能的技術。一般驅動頻率固定，可達200kHz以上，門極驅動可以采用交叉耦合(Cross-coupled)或外加驅動信號配合死區(qū)時間控制實現。
同步整流技術的應用
同步整流技術出現較早，但早期的技術很難轉換為產品，這是由于當時
1)驅動技術不成熟，可靠性不高，現在技術已逐步成熟，出現了專用同步整流驅動芯片，如IR1176等；
2)專用配套的低導通電阻功率MOSFET還未投放市場；
3)還未采用MOSFET并聯(lián)肖特基二極管以降低寄生二極管的導通損耗；
4)在產品設計中沒有解決分布電感對MOSFET開關損耗的影響。
經過這幾年的發(fā)展，同步整流技術已經成熟，由于開發(fā)成本的原因，目前只在技術含量較高的通信電源模塊中得到應用。如Synqor，Tyco，EriCSSon等公司都推出了采用同步整流技術的產品。
現在的電源模塊仍主要應用在通信系統(tǒng)中，隨著通信技術的發(fā)展，通信芯片所需的電壓逐步降低，5V和3.3V早已成為主流，正向2.5V、1.5V甚至更低的方向發(fā)展。通信設備的集成度不斷提高，分布式電源系統(tǒng)中單機功率不斷增加，輸出電流從早期的10-20A到現在的30-60A，并有不斷增大的趨勢，同時要求體積要不斷減小。這就為同步整流技術提供了廣泛的應用需求。
同步整流技術與傳統(tǒng)技術的對比
在傳統(tǒng)的次級整流電路中，肖特基二極管是低電壓、大電流應用的首選。其導通壓降大于0.4V，但當通信電源模塊的輸出電壓隨著通信技術發(fā)展而逐步降低時，采用肖特基二極管的電源模塊效率損失驚人，在輸出電壓為5V時，效率可達85%左右，在輸出電壓為3.3V時，效率降為80%，1.5V輸出時只有65%，應用已不現實。
在低輸出電壓應用中，同步整流技術有明顯優(yōu)勢。功率MOSFET導通電流能力強，可以達到60A以上。采用同步整流技術后，次級整流的電壓降等于MOSFET的導通壓降，由MOSFET的導通電阻決定，而且控制技術的進步也降低了MOSFET的開關損耗。在過去三年中，用于同步整流的MOSFET工藝取得了突破性的進展，導通電阻下降到了原來的1/5。現在，采用經過特殊工藝處理的MOSFET，能達到非常低的導通電阻，如IR公司的產品IRHSNA57064，當通導電流為45A時，其導通電阻僅為5.6mΩ，并且都已批量生產。
同步整流技術提高了次級整流效率，使生產低電壓、大電流、小體積的通信電源模塊成為現實。如Synqor公司的Tera系列為標準半磚模塊(2.3英寸x2.4英寸)，采用同步整流技術，其輸出電壓最低可到1.5V，輸出電流最大可到60A，功率密度達到每立方英寸60W。采用同步整流技術和肖特基二極管的電源模塊效率對比如表1所示。
同步整流技術應用實例與技術優(yōu)勢
同步整流技術提高了電源效率，但其意義遠不只如此，它給通信電源模塊帶來了許多新的進步。下面結合Synqor公司的電源模塊為例進行介紹。
Synqor公司采用同步整流技術生產的通信電源模塊由于降低了功耗，達到了很高的效率(91%)。
由于功耗的降低，在結構上實現了突破性的進步，取消了散熱器，采用了無基板結構。
在傳統(tǒng)的通信電源模塊中，基板是標準配置，是提供散熱途徑的重要部件，用來安裝散熱器。同時將功率器件集中于基板上，與控制電路板分開，減小發(fā)熱元件對控制芯片的影響。
Synqor公司的電源模塊取消了基板和散熱器，在相同通風條件下，一樣能達到所需功率，這正是采用同步整流技術的成果。有許多顯著優(yōu)點：
1.由于基板結構復雜，控制電路板、散熱器及磁芯元件的安裝和焊接都需要人工，增加了故障可能性，降低了生產率。基板結構要求功率元件與基板間必須保持良好絕緣，這正是傳統(tǒng)通信電源容易產生故障的地方之一。
2.采用同步整流技術后，可以使用無基板開放式結構。這樣，更方便采用平面變壓器等新技術，使用多層電路板上的銅箔布線作為線圈，磁芯直接嵌在多層電路板中，磁芯散熱良好，多層電路板上的銅箔耦合緊密，最主要的是可以由先進加工設備自動生產，實現了電源模塊全部自動化生產，極大的提高了生產率和可靠性。平面變壓器與傳統(tǒng)變壓器相比，還能夠實現高功率密度，真正達到小型化。
3.此外，基板結構中要填充絕緣導熱材料，增加了重量。帶有基板和散熱器的傳統(tǒng)電源模塊由于體積和重量大，抗震能力差，在通信設備的機架中阻礙空氣流通，降低了風扇效能。而采用同步整流技術的Synqor電源模塊是開放式結構，高度僅10mm(0.4英寸)，節(jié)約了機架空間，利于通風，方便通信控制板上其它通信芯片的散熱；更高的功率密度使電源模塊節(jié)約了在通信控制板上所占的空間；較低的功耗減少了分布式系統(tǒng)前端主電源的負擔，節(jié)約了系統(tǒng)投資。
4.采用同步整流技術后，增強了抗電磁干擾(EMI)的能力。由于減少了基板，所以，原先存在于基板和接地間以及基板和元件間的寄生電容沒有了，這些寄生電容帶來的較大共模干擾也消失了，提高了電源抗電磁干擾的性能，如附圖2所示。
應用前景
同步整流技術符合高效節(jié)能的要求，適應新一代芯片電壓的要求，有著非常廣闊的應用前景。但目前只有較少的公司掌握了該項技術，并且實現的成本也很高，而且還有很多應用領域未得到開拓。隨著用于同步整流的MOSFET批量投入市場，專用驅動芯片的出現，以及控制技術的不斷完善，同步整流將成為一種主流電源技術，逐步應用于廣泛的工業(yè)生產領域。
