Hi，大家好，上次和大家介紹電源初級側 PFC 和 LLC 的基本原理和拓撲，這次和大家介紹次級側 SR 的原理和拓撲。由於新的電源尺寸的需求，功耗的不斷降低，要求供電電壓也越來越低。而 SR 同步整流利用具有極低通態電阻的專用功率 MOSFET 來替代傳統的整流二極體，從而降低整流損耗。這項技術能夠極大地提高 DC/DC 變換器的效率，並且消除了由肖特基勢壘電壓引起的死區電壓問題。（圖片來源：https://u.dianyuan.com/upload/space/2013/07/10/1373426273-846607.pdf；圖片作者：楊欣）
一、傳統二極體整流的問題
『傳統的二極體整流方法在面臨以下問題，隨著電子技術的發展，電路的工作電壓越來越低，電流越來越大。雖然低電壓工作有助於降低整體功耗，但同時也給電源設計帶來了新的挑戰。
開關電源的損耗主要包括三個部分：功率開關管的損耗、高頻變壓器的損耗以及輸出端整流管的損耗。在低電壓、大電流輸出的情況下，整流二極體的導通壓降比較高，導致輸出端整流管的損耗顯著增加。即使使用快恢復二極體 （FRD） 或超快恢復二極體 （SRD），其導通壓降仍可達到 1.0～1.2V，而採用低壓降的肖特基二極體 （SBD） 也會產生約 0.6V 的壓降。這些高壓降導致整流損耗增加，從而降低了電源的效率。
舉個例子來說明問題，假設使用 3.3V 甚至更低的供電電壓，並且消耗的電流達到 20A。這種情況下，超快恢復二極體的整流損耗已經接近或超過電源輸出功率的 50%。即使採用肖特基二極體，整流管上的損耗也會占據（18%～40%）電源輸出功率，超過了總體損耗的 60% 以上。因此，傳統的二極體整流電路無法滿足實現低電壓、大電流開關電源高效率和小體積的需求，成為限制 DC/DC 變換器提高效率的瓶頸。（圖片來源：https://u.dianyuan.com/upload/space/2013/07/10/1373426273-846607.pdf；圖片作者：楊欣）
二、同步整流技術介紹
在電源轉換領域中，隔離式轉換器通常採用 MOSFET 作為整流器件，特別是在輸出直流電壓較低的情況下。這些器件具有較小的導通損耗，能夠提高效率，因此被廣泛應用。為了確保電路正常工作，對同步整流器（SR）進行控制是基本要求。同步整流器用於替代二極體，因此必須選擇適當的方法來驅動同步整流器，以滿足二極體的工作原理。驅動信號必須使用 PWM 控制信號來形成，而 PWM 控制信號決定著開關型電路的不同狀態。
同步整流技術採用具有低導通電阻的功率 MOS 管來代替開關變換器中的快恢復二極體，以實現整流功能並降低整流損耗，從而提高效率。通常情況下，變換器的主開關管也採用功率 MOS 管，但是兩者之間仍然存在一些差異。
功率 MOS 管實際上是一種雙嚮導電器件，其工作原理的不同導致了其他方面的差異。例如，用作主開關的 MOS 管通常需要實現硬開關，因此需要快速切換速度以減小開關損耗；而用於同步整流/續流的 MOS 管則需要具有低導通電阻、小體二極體反向恢復電荷、小柵極電阻和良好的開關特性等特點。因此，儘管兩者都是 MOS 管，但它們的工作特性和損耗機理並不相同，對其性能參數的要求也有所不同。了解這一點對於正確選擇 MOS 管是有益的。（圖片來源：https://u.dianyuan.com/upload/space/2013/07/10/1373426273-846607.pdf；圖片作者：楊欣）
三、同步整流的基本電路結構
同步整流技術採用具有極低導通電阻的專用功率 MOSFET 來替代整流二極體，以降低整流損耗。它能夠顯著提高 DC/DC 變換器的效率，並且消除由肖特基勢壘電壓引起的死區電壓問題。功率 MOSFET 屬於電壓控制型器件，在導通時的伏安特性呈線性關係。在使用功率 MOSFET 作為整流器時，要求柵極電壓必須與被整流電壓的相位保持同步才能實現整流功能，因此稱之為同步整流，以下是常見的同步整流拓撲和波形。
（圖片來源：https://www.dianyuan.com/article/44957.html；圖片作者：Angelina）『
BUCK 同步整流電路與波形
Boost 同步整流電路與波形
Flyback 同步整流與波形
復位繞組 Forward 同步整流電路與波形
有源鉗位 Forward 同步整流電路
』
傳統的同步整流方案通常採用 PWM 型同步整流，主開關和同步整流開關之間必須設置一定的死區時間，以避免交叉導通。因此，同步整流 MOS 管存在體二極體導通和反向恢復等問題，從而降低了同步整流電路的性能。同步整流線路不僅僅能帶來效率的提升，在提高電路的動態響應方面，如果採用 CCM 模式的同步整流，會帶來動態響應的提升。二極體在低載情況下，環路特性會非常難以補償從而帶來較差的動態響應，而 CCM 的同步整流，在空滿載情況下是接近的。（圖片來源：https://u.dianyuan.com/upload/space/2013/07/10/1373426273-846607.pdf；圖片作者：楊欣）』
四、參考資料
【1】多圖解析開關電源的同步整流技術：https://www.dianyuan.com/article/44957.html
【2】電源設計的同步整流技術：https://u.dianyuan.com/upload/space/2013/07/10/1373426273-846607.pdf
【3】探究開關電源同步整流技術的詳細原理和應用：https://rohm.eefocus.com/article/id-2056
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