什麼是同步整流

在DC-DC轉換器等中,以MOSFET取代用於整流或續流的二極體,並在二極體應導通的時機使其導通來流過電流的方式。損耗由二極體的 順向電壓 × 電流 變成MOSFET的 電流² × 導通電阻,例如在10 A時,順向電壓0.5 V之二極體的5 W,換成導通電阻5 mΩ的MOSFET就變成0.5 W。輸出電壓越低效果越大。為了避免上下開關同時導通,需要設置死區時間,在此期間由本體二極體流過電流。

日文名稱: 同期整流

「同步整流」出現在2領域的6道練習題中(電力電子電路, 功率半導體等)。

這個名詞所屬的領域: 電力電子電路

練習同步整流的題目

在輸出電壓低的DC-DC轉換器中,以MOSFET取代續流二極體的同步整流,主要目的是下列何者?

  1. A使輸出電壓高於輸入電壓
  2. B使負載電流改變時,切換頻率也能自動保持一定
  3. C減少二極體順向電壓造成的導通損耗,提高效率
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正確答案:C. 減少二極體順向電壓造成的導通損耗,提高效率

即使是蕭特基位障二極體,也有約0.3~0.5 V的順向電壓,會產生 電流 × 順向電壓 的損耗。以導通電阻小的MOSFET取代二極體使其導通,損耗就變成 電流² × 導通電阻,可以大幅減少。輸出電壓越低(例如1 V左右),二極體的電壓降相對於輸出電壓所占的比例越大,同步整流的效果也越大。相對地,需要設置死區時間來驅動,以免2個開關同時導通。

在同步整流的降壓轉換器中,上下MOSFET都關斷的死區時間內,電感電流流經的路徑正確的是下列何者?

  1. A電感電流只在死區時間內完全停止
  2. B流經下側MOSFET的本體二極體(或並聯的蕭特基位障二極體)
  3. C穿過上側MOSFET的閘極絕緣膜,從閘極驅動電路的電源流回輸入電源
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正確答案:B. 流經下側MOSFET的本體二極體(或並聯的蕭特基位障二極體)

電感電流無法突然停止,因此在上下MOSFET都關斷的期間,下側MOSFET的本體二極體導通,使電流持續流動。本體二極體的順向電壓大,逆向恢復時間也長,因此死區時間過長會使損耗增加。反之若過短,上下會同時導通,流過使輸入短路的貫穿電流。因此死區時間要配合元件的速度設為必要的最小值,有時也會並聯順向電壓低的蕭特基位障二極體。

解析中的「同步整流」

出現「同步整流」的題目(6題)

  1. 在輸出電壓低的DC-DC轉換器中,以MOSFET取代續流二極體的同步整流,主要目的是下列何者?
  2. 在同步整流的降壓轉換器中,上下MOSFET都關斷的死區時間內,電感電流流經的路徑正確的是下列何者?
  3. 功率MOSFET內部因結構而形成的寄生二極體稱為什麼?
  4. 在理想的降壓截波器(Buck轉換器)中,輸入電壓12 V、開關的工作週期(duty)為0.25時,輸出電壓為多少?
  5. 在降壓截波器(Buck轉換器)中,關於開關關斷期間電感電流流經的路徑,正確的是下列何者?
  6. 在輸入電壓12 V、輸出電壓3 V、電感15 µH、切換頻率300 kHz的理想降壓轉換器(以二極體續流)中,逐漸減少負載電流。能維持連續導通模式的最小輸出電流(與不連續導通模式的邊界)為下列何者?

半導體、電子電路與資訊計算工具

相關名詞

降壓轉換器 蕭特基位障二極體 死區時間 本體二極體 DC-DC 轉換器 導通電阻 逆向恢復時間 貫穿電流 功率 MOSFET 逆變器

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