同步整流器的数字控制方法 ---数字控制

隔离开关 [1](Isolating switch)是一种主要用于“隔离电源、倒闸操作、用以连通和切断小电流电路”，无灭弧功能的开关器件。隔离开关在分位置时，触头间有符合规定要求的绝缘距离和明显的断开标志;在合位置时，能承载正常回路条件下的电流及在规定时间内异常条件(例如短路)下的电流的开关设备。一般用作高压隔离开关，即额定电压在1kV以上的隔离开关，它本身的工作原理及结构比较简单，但是由于使用量大，工作可靠性要求高，对变电所、电厂的设计、建立和安全运行的影响均较大。隔离开关的主要特点是无灭弧能力，只能在没有负荷电流的情况下分、合电路。词条介绍了隔离开关的功能、特点、类型、应用、防误改进、维护、常见问题等。

同步整流是采用通态电阻极低的专用功率MOSFET，来取代整流二极管以降低整流损耗的一项新技术。它能大大提高DC/DC变换器的效率并且不存在由肖特基势垒电压而造成的死区电压。

同步整流的基本电路结构功率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。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。DK5V45R25和DK100R20是锂电池升压输出5V1A,2A的同步整流升压经典IC，FP6717，FP6716也是锂电池升压输出5V3A，5V2A中的佼佼者。为什么要应用同步整流技术电子技术的发展，使得电路的工作电压越来越低、电流越来越大。低电压工作有利于降低电路的整体功率消耗，但也给电源设计提出了新的难题。

同步整流开关电源的损耗主要由3部分组成：功率开关管的损耗，高频变压器的损耗，输出端整流管的损耗。在低电压、大电流输出的情况下，整流二极管的导通压降较高，输出端整流管的损耗尤为突出。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，这就导致整流损耗增大，电源效率降低。

在主PWM控制器位于初级侧的低DC输出电压隔离型开关电源(SMPS)中，通常采用专门设计的MOSFET作为同步整流器(SR)。作为SR使用的MOSFET具有非常小的导通损耗，有助于提高系统效率。

在初级侧控制的隔离SMPS拓扑中，由于在隔离变压器次级侧没有PWM控制信号，故欲产生适当的SR控制信号显得比较困难。但是，可以从变压器次级输出获得有关数据。由于电路寄生元件的存在，同步信号在从隔离变压器输出分离(withdrawn)时，相对于初级PWM信号会发生延迟，并且在不连续导通模式(DCM)状态会出现振荡。因此，为SR提供驱动的控制电路必须能避免发生错误的操作。

在初级侧控制的隔离拓扑中，为驱动SR需要适当的控制电路，以处理同步时钟信号(clock)从隔离变压器的输出移开，解决驱动信号相对于时钟输入的定时等问题。若对SR控制不当，在两个器件之间会发生“跨越导通”(crossconduction)。同时，在隔离拓扑的次级由于相对于初级主开关(MOSFET)驱动信号的延迟，会在相关元件之间形成短路，发生“贯通”(shootthrough)现象。产生贯通的机理，具体取决于变换器拓扑结构。

2同步整流器的数字控制方法

在用作产生SR驱动信号的方案中，首推数字控制方法。

21系统基本结构

SR数字控制系统一般由振荡器(OSC)、限定状态机构(FiniteStatesMachine，简写FSM)、两个耦合的向上/向下(UP/DOWN)计数器和两个控制输出逻辑等单元电路所组成，系统框图如图1所示。

控制电路有3个输入和2个输出。其中，2个输出为隔离变换器次级2只MOSFETs提供互补驱动信号，3个输入包括1个时钟信号和2个输出的期望(anticipation)时间设定。不论是接通还是关断，2个输出OUT1和OUT2没有任何交迭。开关频率为fs的方波信号出现在时钟输入端，期望的定时通过外部有关

图1同步整流器数字控制器组成方框图

图2OUT2预期时间产生波形

图4在TS1>TS2时OUT2及相关波形

图3OUT1预期时间产生波形

传统的异步整流主要依赖于肖特基二极管，尽管其结构简单且价格相对较低，但在应对追求效率以及小型化的PD快充中，二极管带来的损耗影响了电源的整体效率。为了克服这一难题，同步整流技术应运而生。其采用导阻更低的MOSFET来替代传统的肖特基二极管，从而大幅降低了整流电路的损耗。不仅提高了电源的整体效率，还满足了当今高功率快充技术对于体积方面的严苛要求。

当前，同步整流芯片在65W功率多口快充插座中的同样有着广泛应用。通过采用同步整流技术，多口快充插座能够实现更高效、更稳定的电压转换和传输，确保充电设备能够为用户提供更优质的产品使用体验。

充电头网整理了以往拆解过的65W多口快充插座，助力各位读者了解以往在其应用的同步整流芯片。文中出现的多款芯片如上表所示，下文小编将为您详细介绍。

东科DK5V100R10M是一颗无外围的同步整流芯片。芯片内置100V耐压，10mΩ导阻的同步整流管，可以大幅降低传统肖特基二极管的导通损耗，直接替代肖特基二极管，提高电源的转换效率，并改善EMI。

东科DK5V100R10M支持CCM/DCM/QR工作模式，内置智能检测，无需外接同步信号。芯片具备自供电技术，无需外围元件，适用于USB PD快充，电源适配器和LED驱动电源，采用SM-10封装。

曼科这款缤纷智充盒插座自带1.5米长电源线，并具备两个新国标五孔插孔。插座侧面设有2C1A接口，其中USB-C1接口支持65W输出，USB-C2支持20W输出，USB-A口支持18W快充，并且支持功率自动分配。插座侧面还设有轻触电源开关，用于AC供电控制。