同步整流技术培训课件

同步整流技术培训课件第一章同步整流技术概述同步整流定义核心目标应用背景采用低导通电阻替代传统二极管进大幅降低整流环节的功率损耗，显著提高电广泛应用于开关电源、转换器、充电MOSFET DC/DC行整流，利用主动开关控制实现更高效的能源系统的整体转换效率，减少热量产生器、服务器电源等需要高效能量转换的领域量转换同步整流的核心优势超低导通损耗传统肖特基二极管的正向压降约为，而的导通电阻可低至几毫

0.4-

0.6V MOSFET欧姆，电压降仅数十毫伏，大幅降低导通损耗显著效率提升在低压大电流应用中，效率可提升，对于以下输出的电源，效率改15%-20%5V善尤为明显，可达以上90%热管理优化上图清晰展示了与传统二极管的导通压降对比曲线在相同电流条件下，MOSFET的压降远低于二极管，这种差异在大电流应用中转化为显著的功率损耗降低MOSFET红色曲线代表传统二极管，蓝色曲线代表低的，绿色区域表示损耗R_DSon MOSFET节省空间第二章同步整流器件选择关键参数体系常用器件型号导通电阻决定导通损耗大小低压应用•R_DSon开关速度影响开关损耗和，•EMI•IRF782130V/9A R_DSon=18mΩ栅极电荷决定驱动损耗，•Q_g•Si7336ADP30V/8A R_DSon=12mΩ体二极管特性影响死区时间性能•中压应用热阻与封装决定散热能力••IRFR15N20D200V/

1.5A•IPP028N08N380V/90A器件选择需要综合考虑导通损耗与开关损耗的平衡低可降低导通损耗，但通常伴随更大的栅极电容和开关损耗工程师需根据工作频率、R_DSon电流等级选择最优方案性能指标深度解析MOSFET123的影响开关损耗分析器件选型策略R_DSon导通电阻直接决定导通损耗开关损耗与栅极电荷成正比根据工作频率确定损耗比重低频P_cond=Q_g P_sw=×在电流下，与××高频应用中开关损耗占比优先低，高频I²R_DSon10A10mΩQ_g V_gs f100kHz R_DSon的差异就是的损耗差距增大，需选择低器件栅极驱动强度也需兼顾还需考虑额定电压20mΩ1W Q_g500kHz Q_g随温度升高而增大，设计时需留影响开关速度裕量、热阻、成本等因素R_DSon足余量第三章同步整流驱动技术外部驱动采用独立驱动或控制器生成驱动信号，控制精度高、时序可调，但增加IC成本和复杂度适合对效率要求极高的场合自驱动利用变压器次级绕组感应电压直接驱动栅极，结构简单、成本低，MOSFET但时序调节受限，适合简单拓扑半自动驱动结合外部与自驱动优点，使用简单电路辅助自驱动信号，改善时序和可靠性，在成本与性能间取得平衡同步整流驱动波形与时序关键时序要求波形特征信号精确控制同步整流的导通与关断时刻，与主开关形成互补关系正主开关信号PWM MOSFET•PWM确的时序设计是确保系统高效运行的基础同步整流栅极驱动•输出电感电流波形死区时间管理主开关关断后，延迟一小段时间（通常）再开启同步整流管，•50-200ns避免直通短路死区过大会增加体二极管导通损耗，过小则存在短路风险漏源电压•MOSFET死区时间标注驱动同步性驱动信号需与主开关严格同步，相位偏移会导致效率下降或器件损坏•PWM使用高速驱动器减少传播延迟通过示波器观察实际波形是验证设计的重要手段，需重点检查死区时间、驱动上升沿、电压尖峰等关键参数上图展示了典型的同步整流驱动时序波形，清晰标注了关键触发点黄色轨迹为主开关栅极驱动信号，蓝色为同步整流驱动信号，绿色为输出电感电流注意两个驱MOSFET动信号之间的死区时间（红色标注），这是防止短路的关键设计参数波形中的上升沿和下降沿速度直接影响开关损耗第四章典型同步整流电路拓扑反激式同步整流降压型同步整流正激式同步整流变压器储能后向次级释放，同步整流管在主非隔离拓扑，同步整流管与主开关互变压器直接传递能量，适合中大功率应用，Buck开关关断期间导通，适合中小功率隔离电源，补工作，效率最高可达以上，广泛用于多管同步整流可进一步降低损耗，常见于服95%结构简单、成本适中板级转换务器电源DC/DC每种拓扑都有其适用场景，选择时需考虑功率等级、隔离需求、成本预算等因素同步整流技术在各拓扑中均能带来显著效率提升反激式同步整流设计实例设计规格电路特点输出功率采用电流模式控制，反激变压器匝比精•25W心设计以优化管电压应力自驱动绕输出电压电流SR•/

3.3V/8A组为同步整流管提供栅极信号，简化电输入电压范围•85-265VAC路设计开关频率•100kHz实测性能目标效率•85%满载效率关键器件•

87.3%轻载效率•

82.1%同步整流（，MOSFET IRF782130V/9A管温升仅）•SR35℃R_DSon=18mΩ纹波电压•50mV主控芯片集成驱动控制器SR相比传统肖特基整流方案，效率提升约，发热明显降低8%型同步整流电路特点Buck010203拓扑结构工作原理性能优势主开关与同步整流管串联在输入与地之间，通过主开关导通时电感储能，关断后同步管立即导通典型效率可提升以上，特别适合低压大电流20%滤波向负载提供稳定电压两管互补导通，避提供续流路径相比二极管续流，压降输出场合（如）高频化设计可减小磁LC MOSFET

1.2V/50A免续流二极管损耗极低，大幅降低损耗性元件体积应用提示同步整流是板级电源的首选方案，广泛应用于供电、驱动、电池充电等领域选择低的和快速Buck CPULED R_DSon MOSFET驱动器是实现高效率的关键第五章同步整流控制策略死区时间控制电流检测反馈自适应驱动技术通过延迟电路或数字控制器精确设定主开关通过检测电感电流或电流，实现根据工作条件自动调整驱动强度和时序，提MOSFET与同步管之间的死区时间，通常为闭环控制电流过零检测可用于判断同步管升系统在宽负载范围内的效率和稳定性包50-自适应死区控制可根据负载动态调关断时机，防止反向电流高精度电流采样括自适应死区、自适应驱动电压、负载感知200ns整，在轻载时延长死区减少短路风险，重载电路是实现智能控制的基础等高级功能，是现代同步整流的发展方向时缩短死区降低体二极管损耗同步整流的保护设计过流保护过压保护短路与热保护通过电流检测电路监测输出电流，超过设定阈值监测输出电压和漏源电压，防止器件击输出短路时电流急剧上升，需毫秒级快速响应切MOSFET时触发保护动作可采用逐周期限流或折返式限穿输出过压通常由反馈环路异常引起，需快速断输出热关断监测器件温度，超过安全阈值时流，防止和负载过流损坏检测方式包关断主开关漏源过压保护可通过钳位电路或软停止工作并锁存故障，待温度降低后允许重启MOSFET括串联电阻采样、电流互感器或集成电流检测关断实现，保护管不受瞬态尖峰损害多重保护确保系统可靠性SR第六章同步整流电路设计难点与优化栅极驱动电压优化布局要点PCB驱动电压需足够高以充分导通（通常），但过高会增加驱驱动回路尽量短，减小寄生电感MOSFET8-12V•动损耗和对于逻辑电平，驱动即可实现较低功率回路最小化，降低和损耗EMI MOSFET5V•EMI驱动电压还需考虑负压瞬态，避免误导通栅极驱动加串联电阻，抑制振荡R_DSon•开关与导通损耗平衡散热设计铜箔面积、过孔、散热片•隔离信号与功率地低频应用以导通损耗为主，选择低器件；高频应用开关损耗占•R_DSon比增大，需兼顾通过损耗计算找到最优工作点，有时适当增大良好的设计可将效率提升，并显著改善性能Q_gPCB1-2%EMI反而能降低总损耗R_DSon优化案例分享案例一低电感封装优化1某电源原采用封装，开关振荡严12V/10A BuckTO-220MOSFET重更换为低电感封装后，寄生电感从降至，DFN5x615nH3nH振荡消除，开关损耗降低，效率提升2案例二自驱动绕组优化30%

2.1%反激电源自驱动波形存在振荡和延迟通过优化变压器绕组结构，减小漏感并增加阻尼，驱动波形质量明显改善同时调整匝比使案例三多路并联设计3驱动电压更适配特性，效率提升MOSFET

1.5%某服务器电源采用两个管并联，分担电流降低单管损耗200W SR通过精确布局确保电流均衡，配合独立驱动电路实测效率达，比单管方案提升，温升降低

92.5%

3.8%15℃第七章同步整流在开关电源中的应用手机充电器服务器电源工业电源快充功率达以上，同步整流可使效率千瓦级电源采用多相同步整流，效率可达宽输入范围、高可靠性要求，同步整流在降100W超过，满足六级能效要求小体积高功以上数据中心每提升效率可节省大低损耗的同时改善热管理，延长设备寿命，93%95%1%率密度设计的关键技术量电费，投资回报显著降低维护成本节能减排已成为全球趋势，各国不断提高能效标准同步整流技术是满足、能源之星等认证的重要手段，推动绿色电源设计发展80PLUS同步整流与传统整流效率对比实测数据节能效果量化某电源在不同负载条件下的效率对比测试按年运行小时，满载计算5V/20A8760100W传统方案损耗×负载二极管整流同步整流•876kWh

19.9%=174kWh同步整流损耗ו876kWh

9.2%=81kWh年节省电能20%20W

78.5%

85.2%•93kWh以元计年节省元•

0.6/kWh5650%50W

82.3%

91.5%大规模应用时节能效益可观，符合绿色发展理念100%100W

80.1%

90.8%二极管整流同步整流效率对比柱状图直观展示了同步整流在各负载条件下的显著优势蓝色柱代表传统二极管整流方案，橙色柱代表同步整流方案注意在负载时效率提升最明显，达到个百分点，这对于50%

9.2经常工作在中等负载的应用尤为重要同步整流在全负载范围内均保持高效率，符合现代电源宽负载高效的设计要求第八章同步整流驱动介绍IC12系列TI UCC27221/UCC27222ST STSR2/STSR3双通道同步整流驱动器，峰值驱动意法半导体专用同步整流控制器，通4A能力，支持和驱动电压集成过检测漏源电压自动生成驱5V12V MOSFET死区控制、自适应关断检测、过流保动信号，无需额外控制电路STSR3护等功能，适合中小功率反激和正激支持更宽电压范围和更快响应速度，拓扑适合高频应用3Infineon ICE2QS03G集成准谐振控制器和同步整流驱动，单芯片实现完整电源控制适合小家电、适配器等成本敏感应用，简化设计并提高可靠性同步整流驱动电路设计要点IC栅极驱动电压匹配简化设计与调试驱动输出电压需与栅极阈值电压匹配逻辑电平适合驱使用专用驱动相比分立方案的优势IC MOSFETMOSFET5V IC动，标准需驱动部分支持可调驱动电压，通过外部电阻设MOSFET10-12V IC减少外围器件，缩小面积定驱动电流能力需满足栅极电荷快速充放电要求

1.PCBMOSFET时序参数优化，性能一致性好集成保护功能

2.集成保护提高可靠性

3.现代驱动通常集成多种保护减少调试时间和成本IC

4.获得原厂技术支持和参考设计欠压锁定供电电压过低时禁止输出

5.•UVLO过温保护芯片温度过高时关断对于量产产品，驱动的综合成本往往低于分立方案•TSD IC电流检测监测异常电流并触发保护•软启动限制启动浪涌•第九章同步整流技术发展趋势与数字控制结合集成化与智能化或实现高级控制算法，精确调节死高频化与高效化DSP MCU主控制器和同步整流驱动高度集成，单芯片区时间、驱动强度等参数支持通信接口，开关频率从向甚至更高发展，实现完整电源管理数字控制技术使参数可实现远程监控和配置数字电源管理成为未100kHz1MHz缩小磁性元件体积、等宽禁带器编程，支持多种工作模式智能驱动根据负来发展方向，同步整流是其中关键技术GaN SiC件凭借更快开关速度和更低损耗，成为高频载动态优化效率，实现自适应控制同步整流的理想选择，推动电源向更高功率密度演进新兴技术展望在同步整流中的应用辅助驱动优化多相同步整流系统SiC/GaN AI碳化硅和氮化镓器件具有极低导通电阻、高机器学习算法分析运行数据，自动优化驱动高功率应用采用多相并联，每相独立控制开关速度、高工作温度等优势参数以达到最佳效率神经网络预测负载变相位交错技术降低输入输出纹波，减小滤波GaN的可比硅器件低倍，化，提前调整控制策略辅助设计工具可器体积数字控制器实现相间电流均衡和故MOSFET R_DSon5-10AI特别适合高频大电流同步整流虽然成本仍快速生成优化电路方案，缩短开发周期障相隔离，提高可靠性和可维护性较高但随着产量增加价格持续下降，应用前,景广阔第十章实战案例分析案例一服务器电源同步整流改造项目背景实施效果某品牌服务器电源原采用肖特基效率提升满载效率从提升至1200W

88.2%二极管整流，效率约，难以满足，符合标准轻载和中88%

8092.8%Platinum认证（负载）载效率也有显著改善PLUS Platinum92%@50%要求数据中心运营方要求升级以降低热管理改善次级功率损耗降低约，能耗40W整流管温升从降至，风扇转速85℃55℃改造方案可降低，噪音减小可靠性提升低温运行延长器件寿命，次级整流改用同步整流，个并联•4提高约MOSFET MTBF20%采用专用控制器经济效益单台电源年节电约，•SR IC200kWh优化布局降低寄生参数千台规模数据中心年节省万元电费•PCB12增强散热设计•案例二新能源汽车转换器设计DC/DC设计目标验证结果某电动汽车需要转的转换器，输出功率，为车载实测峰值效率，全负载范围效率通过全温度范围测试、400V12V DC/DC3kW

96.2%94%系统供电要求效率，工作温度至，满足车规级测试、振动冲击等车规测试同步整流技术是实现高效率的核心，12V95%-40℃125℃EMC可靠性使产品成功量产123技术方案采用谐振同步整流拓扑次级使用个大电流并联，单LLC+8MOSFET管额定使用汽车级驱动，集成完善保护功能采用重铜80A ICPCB设计，多层并联降低电阻设计挑战大电流输出对布局和热管理要求极高多管并联需确保电流均衡，避免局部过热宽温度范围要求器件参数在极端条件下仍PCB保持稳定车载环境的要求严格，驱动电路需特别优化EMC第十一章同步整流常见问题与解答问题击穿原因MOSFET可能原因

①漏源电压过冲超过额定值

②驱动信号异常导致直通短路

③静电损伤

④散热不良过温击穿解决方案增加吸收电路抑制尖峰；优化死区时间；加强防护；改善散热设计；选择ESD更高耐压等级器件并留足余量问题驱动信号异常现象波形振荡、延迟过大、幅值不足排查方法检查驱动电源电压；测量栅极电阻和电容参数；观察驱动回路布线是否过长；验证死区设置是否合理；检查干扰源改进措施驱动回路短而粗；加适当栅极电阻抑制振荡；驱动电源去耦；远离干扰源问题效率不达标调试诊断流程

①分别测量导通损耗和开关损耗占比

②检查死区时间是否过大

③验证MOSFET选型是否合适

④测量驱动强度和速度优化方向根据损耗分布调整器件参数；优化死区；改善布局；调整工作频率；增强PCB散热课程总结核心价值回顾同步整流通过用低的替代传统二极管，大幅降低整流损耗，R_DSon MOSFET在低压大电流应用中效率提升可达这是现代高效电源设计的关键技15%-20%术，已成为行业标准设计关键点器件选择需平衡、开关速度和成本；驱动时序设计重点是死区控制和R_DSon同步性；布局直接影响效率和；保护电路确保系统可靠性掌握这些要PCB EMI点是成功应用同步整流的基础未来展望宽禁带器件、数字控制、智能驱动是发展方向工程师应持续学习新技术，关注产业动态同步整流将在更广泛领域发挥作用，为节能减排做出更大贡献互动环节现场答疑技术交流欢迎提出您在实际工作中遇到的同步整同步整流技术仍在快速发展，新器件、流技术问题，我们将逐一解答无论是新拓扑、新应用不断涌现建议建立技理论疑惑还是实践难题，都可以畅所欲术交流群组，持续分享最新资讯和实践言心得设计经验分享资源推荐如果您有成功的设计案例或独特的解决器件厂商技术论坛和培训•方案，欢迎与大家分享集体智慧是技行业会议和研讨会•术进步的源泉，您的经验可能给他人带专业期刊和技术网站来启发•在线仿真工具和设计软件•参考资料与推荐阅读学术论文技术文档专业书籍《同步整流技术的特点与分析比较》《同步整流设计指南》《开关电源设计与应用》（第三版）•-•TI SLUA479•-详细对比各种同步整流方案的优缺点全面讲解开关电源技术系列同步整流控制器数据手册•ST STSR《高频同步整流技术研究》探讨《功率及其应用》深入解析《高效同步整流设计技巧》•-MHz•MOSFET-•Infineon级高频应用中的挑战和解决方案工作原理应用笔记MOSFET《宽禁带器件在同步整流中的应用》《电源完整性设计》设计和《选型指南》•-•-PCB EMC•ON SemiMOSFET和器件的最新研究成果相关知识GaN SiC持续学习是工程师成长的必经之路建议结合理论学习和实践项目，在解决实际问题中深化理解谢谢聆听欢迎提问与交流如果您对课程内容有任何疑问，或希望深入探讨某个技术细节，请随时提问技术交流是我们共同进步的最好方式联系方式培训结束后，我们将提供电子版课件和补充资料如需技术支持或进一步咨询，可通过以下渠道联系技术支持邮箱、在线论坛、微信技术群期待与您在未来的项目中继续合作，共同推动同步整流技术的发展和应用！。