开关电源高效之利器 同步整流简单介绍

    开关电源在次级必然要有一个整流输出的过程，作为整流电路的主要元件，通常用的是整流二极管（利用它的单向导电特性），它可以理解为一种被动式器件：只要有足够的正向电压它就开通，而不需要另外的控制电路。但其导通压降较高，快恢复二极管（FRD）或超快恢复二极管（SRD）可达1.0～1.2V，即使采用低压降的肖特基二极管（SBD），也会产生大约0.6V的压降。

    这个压降完全是做的无用功，并且整流二极管是一种固定压降的器件，举个例子：如有一个管子压降为0.7V，其整流为12V时它的前端要等效12.7V电压，损耗占0.7/12.7≈5.5%.而当其为3.3V整流时，损耗为0.7/4（3.3+0.7）≈17.5%。可见此类器件在低压大电流的工作环境下其损耗是何等地惊人。这就导致电源效率降低，损耗产生的热能导致整流管进而开关电源的温度上升、机箱温度上升--------有时系统运行不稳定、电脑硬件使用寿命急剧缩短都是拜这个高温所赐。

    随着电脑硬件技术的飞速发展，如GeForce 8800GTX显卡，其12V峰值电流为16.2A。所以必须制造能提供更大输出电流（如某品牌600W电源，四路12V，每路16A；3.3V和5V输出电流各高达24A）的电源转换器。

    而当前世界的能源紧张问题的凸现，提供更高转换效率的电源转换器成了整个开关电源行业的不可回避的社会责任了。

    如何解决这些问题？寻找更好的整流方式、整流器件。

    同步整流技术和通态电阻（几毫欧到十几毫欧）极低的专用功率MOSFET就是在这个时刻走上开关电源技术发展的历史舞台了。作为取代整流二极管以降低整流损耗的一种新器件，功率MOSFET属于电压控制型器件，它在导通时的伏安特性呈线性关系。因为用功率MOSFET做整流器时，要求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，故称之为同步整流。它可以理解为一种主动式器件，必须要在其控制极（栅极）有一定电压才能允许电流通过，这种复杂的控制要求得到的回报就是极小的电流损耗。

    在实际应用中，一般在通过20-30A电流时才有0.2-0.3V的压降损耗。因为其压降等于电流与通态电阻的乘积，故小电流时，其压降和恒定压降的肖特基不同，电流越小压降越低。这个特性对于改善轻载效率（20%）尤为有效。这在80PLUS产品上已成为一种基本的解决方案了。

    对于以上提到的两种整流方案，我们可以通过灌溉农田来理解：

    肖特基整流管可以看成一条建在泥土上没有铺水泥的灌溉用的水道，从源头下来的水源在中途渗漏了很多，十方水可能只有七、八方到了农田里面。

    而同步整流技术就如同一条镶嵌了光滑瓷砖的引水通道，除了一点点被太阳晒掉的损失外，十方水能有9.5方以上的水真正用于浇灌那些我们日日赖以生存的粮食。

    比如常见的航嘉多核R80，其3.3V整流电路采用了通态电阻仅为0.004欧的功率MOSFET，在通过24A峰值电流时压降仅为20*0.004=0.08V。如一般PC正常工作时的3.3V电流为10A，则其压降损耗仅为10*0.004=0.04V，损耗比例为0.04/4=1%，比之于传统肖特基加磁放大整流技术17.5%的损耗，其技术的进步已不仅仅是一个量的变化，而可以说是有了一个质的飞跃了。也可以说，同步整流为用户修建了一条严丝合缝的灌溉电脑配件的供电渠道。■