同步整流技术在通信电源模块中的应用

＼＼也源　，　＿■　／　同步整流技术在　通信电源模块中的应用　科汇（亚太】有限公司盈丰分部应用工程师李芊　ｊＩ｜要｝奉ｊ；．舞鲳７　杼　簿鹞，　关键镧｜鳓拳整蕊；　同步整流技术概述　ＭＯＳＦＥＴ的驱动电路，来利用功率　ＭＯＳＦＥＴ开关损耗的影响。　现夸电力电子技术在电源模块中　ＭＯＳＦＥＴ实现整流功能的技术。一般　经过这几年的发展，同步整流技　发展的趋势是低电压、大电流。使得　驱动频率固定，可达２００ｋＨｚ以上，门　术已经成熟，由于开发成本的原因，　ｓ　ｓ－　目前只在技术含量较高的通信电燎模　在次级整流电路中选用同步整流技术　极驱动可以采用交叉耦台（Ｃｒｏ　成为一种高教、低损耗的方法　由于　ｃｏｕｐｌｅｄ）或外加驱动信号配合死区时　块中得到应用。如Ｓｙｎｑｏｒ，Ｔｙｃｏ，　功率ＭＯＳＦＥＴ的导通电阻很低，能提　间控制实现　Ｅｒｉｃｓｓｏｎ等公司都推出了采用同步整　流技术的产品。　高电源效率，所以在采用隔离Ｂｕｃｋ电　路的ＤＣ；ＤＣ变换器中已开始形成产　品。同步整流技术原理示意图见图ｌ。　同步整流技术的应用　现在的电源模块仍主要应用在　同步整流技术出现较早，但早期　通信系统中，随着通信技术的发展，　同步整流技术是通过控制功率　的技术很难转换为产品，这是由于当　通信芯片所需的电压逐步降低，５Ｖ　和３．３Ｖ早已成为主流，正向２　５Ｖ，　１．５Ｖ甚至更低的方向发展。通信设备　的集成度不断提高，分布式电源系统　中单机功率不断增加，输出电流从早　期的１０－２０Ａ到现在的３０，－６０Ａ，并有　不断增大的趋势，同时要求体积要不　断减小。这就为同步整流技术提供了　广泛的应用需求。　同步整流技术与传统技术　的对比　在传统的次级整流电路中，肖特　基二极管是低电压、大电流应用的首　２０・２００２．２．Ａ雷号矗品ｔ幂ｗｗｗ．ｅｄｗ．ｃｏｍ．ｃｒｉ　维普资讯 http://www.cqvip.com

电源，／　Ｉ　、　＼～　表　采用同步堂蔚攒椭　茸特基＝扳氰的嚏凛模块教章对地　辅｝Ｈ电压　ｌ５ｖ　基板和散热器，在相同通风条件下，　一样能达到所需功率，这正是采用同　步整流技术的成果有许多显著优　。垒负载输出电流　ｌ０Ａ　通常的肖待基　二般菅电效率　８８％　ＳｒｎＯｏｒ￣∞Ａ同豢篝篪　转接嚣；棒　９０％　点：　ｌ２Ｖ　５Ｖ　３　３Ｖ　２．５Ｖ　２　０ｖ　ｌ　５ｖ　ｌ２　５Ａ　３０Ａ　３０Ａ　３０Ａ　３０Ａ　３０Ａ　８６％　８３‰　７９‰　７４‰　６８‰　６２％　９０％　８９％　８９％　８７％　８５％　８３％　１由于基板结构复杂，控制电路　板、散热器及磁芯元件的安装和焊接　都需要人工，增加了故障可能性，降　低了生产率。基板结构要求功率元件　与基板间必须保持良好绝缘这正是　，传统通信电源容易产生故障的地方之　２采用同步整流技术后，可以使　选。其导通压降大于Ｏ．４Ｖ，但当通信　模块（２　３英寸ｘ２　４英寸），采用同步　用无基板开放式结构。这样，更方便　电源模块的输出电压随着通信技术发　整流技术，其输出电压最低可到　采用平面变压器等新技术，使用多层　展而逐步降低时，采用肖特基二极管　１　５Ｖ，输出电流最大可到６０Ａ，功率　电路板上的铜箔布线作为线圈，磁芯　的电源模块效率损失惊人，在输出电　密度达到每立方英寸６０Ｗ。采用同步　直接嵌在多层电路板中，磁芯散热良　压为５Ｖ时，效率可达８５％左右，在　整流技术和肖特基二极管的电源模块　好，多层电路板上的铜箔耦台紧密，　输出电压为３．３Ｖ时．效率降为８０％，　效率对比如表１所示。　最主要的是可以由先进加工设备自动　１．５Ｖ输出时只有６５％，应用已不现　生产，实现了电源模块全部自动化生　实。　在低输出电压应用中，同步整流　技术有明显优势。功率ＭＯＳＦＥＴ导通　同步整流技术　应用实倒与技术优势　产，极大的提高了生产率和可靠性。　平面变压器与传统变压器相比，还能　同步整流技术提高了电源效率．　够实现高功率密度，真正达到小型　３此外，基板结构中要填充绝缘　散热器的传统电源模块由于体积和重　电流能力强，可以达到６０Ａ以上。采　但其意义远不只如此，它给通信电源　化。　用同步整流技术后，次级整流的电压　模块带来了许多新的进步。下面结台　ＭＯＳＦＥＴ的导通电阻决定，而且控制　绍。　技术的进步也降低了ＭＯＳＦＥＴ的开　降等于ＭＯＳＦＥＴ的导通压降，由　Ｓｙｎｑｏｒ公司的电源模块为例进行介　导热材料，增加了重量。带有基板和　Ｓｙｎｑｏｒ公司采用同步整流技术　量大，抗震能力差，在通信设备的机　关损耗。在过去三年中，用于同步整　生产的通信电源模块由于降低了功　架中阻碍空气流通，降低了风扇效　流的ＭＯＳＦＥＴ工艺取得了突破性的　耗，达到了很高的效率（９１％）。　进展，导通电阻下降到了原来的１，５。　能。而采用同步整流技术的Ｓｙｎｑｏｒ电　由于功耗的降低，在结构上实现　源模块是开放式结构，高度仅　ｌＯｍｍ（Ｏ４英寸），节约了机架空间，利　于通风，方便通信控制板上其它通信　现在，采用经过特殊工艺处理的　了突破性的进步，取消了散热器，采ＭＯＳＦＥＴ，能达到非常低的导通电　用了无基板结构。　阻，如１Ｒ公司的产品１ＲＨＳＮＡ５７０６４，　在传统的通信电源模块中，基板　芯片的散热　更高的功率密度使电源　当通导电流为４５Ａ时，其导通电阻仅　是标准配置，是提供散热途径的重要　模块节约了在通信控制板上所占的空　为５．６ｍ　ｎ，并且部已批量生产。　部件，用来安装散热器。同时将功率　问　较低的功耗减少了分布式系统前　同步整流技术提高了次级整流　器件集中于基板上，与控制电路板分　端主电源的负担，节约了系统投资。　效率，使生产低电压　大电流．小体　开，减小发热元件对控制芯片的影积的通信电源模块成为现实。如　响。　４采用同步整流技术后，增强了　抗电磁干扰（ＥＭ１）的能力。由于减少　Ｓｙｎｑｏｒ公司的Ｔｅｒａ系列为标准半砖　Ｓｙｎｑｏｒ公司的电源模块取消了　了基板，所以，原先存在于基板和接　…＾＾～…＾　…　‘ＶＶ‘－‘－＾。ｔ丁压　＇乖　ｗｗ”＿■ｕｗ－　ｕ＿ｌＩ－‘¨’‘Ｊ——＿　维普资讯 http://www.cqvip.com

、＼也源　／　／　地间以及基板和元件间的寄生电容没　有了，这些寄生电容带来的较大共模　干扰也消失了，提高了电源抗电磁干　扰的性能，如附图２所示。　应用前景　同步整流技术符合高效节能的　要求，适应新一代葛片电压的要求，　有着非常广阔的应用前景。但目前只　有较少的公司掌握了该项技术．并且　实现的成本也很高，而且还有很多应　用领域未得到开拓。随着用于同步整　流的ＭＯＳＦＥＴ批量授＾市场，专用驱　参考文献　３．ＥＭＩＣｈａｒａｃｔｅｉｒｓｔｉｃｓ（Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ　Ｃｏｍｐａｎｙ　１张占松蔡宣三开关电源的原　ｎ０ｔｅ、Ｓｙｎｑｏｒ　动芯片的出现，以及控制技术的不断　理与设计　完善，同步整流将成为一种主流电源　２　ＩＲＨＳＮＡ５　７０６４　Ｄａｔａｓｈｅｅｔ　技术，逐步应用于广泛的工业生产领　（ＲＡＤ—ＨＡＲＤ　ＳＹＮＣＨＲＯＮＯＵＳ　域。■　ＲＥＣＴＩＦＩＥＲ）Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ　Ｒｅｃｔｉｉｆｅｒ　Ｃｏｍｐａｎｙ　转移到另一个电容中去　应用无损缓冲电路实现功率管的　（图２、图４），这里还必　软开关，与采用其它电路技术相比较，　须有二极管组成的回路　无损缓冲电路是一个非常有力的竞争　配合。能量的存储或转　者，前　出了几　移还可采用互感的方法　点缓冲电路组成时可采用的方法，而　（图５），等等。　如何组成电路拓扑，可以说是千变万　缓冲电路的组成应　化，这也正是电路拓扑研究之所以有　力求采用的元件少。如　魅力。拓扑的稍有变化就可能引起很　变换器主电路有变压器　大功能的变化（图２　图４）。对于一个　时，常利用其原边漏感　缓冲电路的研究，首先应从电路概念　Ｌｓ（图５、图６）作为缓冲　上搞清工作原理，对于有关参数的定　・Ｃ盈给电源。这里总结一些常用　电感。漏感Ｌ大小可以通过改变变压　量分析与确定．则必须经过仿真与实　的方法。当要求一个电容的充电终了　器的绕组和铁芯结构来达到。采用的　验，这样才能达　好的结果。■　电压要大于电源电压时，则电源可通　元件应保证高频工作时的技术性能。　过电感给电容充电．如忽略损耗，充　如电容必须采用无感电容，电感磁蕊　电终了电压将达到两倍电源电压。如　必须要有好的高额特性，二极管的反　一参考文献　１丁道宏，电力电子技　ＰＰ２２７一　２３８）Ｊ￣京：航空工业出版社１９９９　个充好电的电容，在工作中要求改　向恢复时间要满足技术要求等。组装　ＰＰ．２解永辉，直流变换嚣中缓冲电　变自己的电压极性，则可串联一个电　工艺也应高度重视，如接线要短，要　　６）。电感还可用于将一个电容的储能　免不应有的耦台等等。感实现自身的振荡放电便可实现（图　台理接地，连接元件的走线应注意避　路的研　硕士论文】，南京航空航天　大学１９９５　２８・２００２．２．Ａ雹号矗品ｔ导ｗｗｗ．ｅｄｗ．ｃｏｍ．ｃｎ