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什么是同步整流MOSFET

如下所示的开关电源原理图，

开关电源典形电路图

图中的D1即为整流二极管，其负责将高频变压器输出的交流二极电压波形整流成直流电压。

对于低压、大电流的输出，由于整流二极管的正向导通电压所引起的功耗非常可观。

不仅导致电源效率降低，还使得二极管发热量很大需要散热片辅助散热。

以题主所说的20V/3A为例，采用的如果是肖特基二极管，其正向导通压降大概为0.6V。

在整流二极管上消耗的功率为1.8W，如果不加散热片，至少能采用几十上百度的温升。

使得电源的效率下降3%。

同步整流是采用导通电阻非常低的功率MOSFET，来取代整流二极管以降低整流损耗的一项技术。

如下所示的采用同步整流MOSFET的开关电源原理框图，

同步整流MOSFET原理图

当高频变压器的次极中间抽头输出高电压时，另一个抽头也同步输出高电压。

该高电压通过同步整流控制电路处理成同步整流MOSFET Q2的门极驱动电压，

并且使得门极和源极的电压差大于MOSFET导通的阈值电压，使得MOSFET的源极和漏极导通。

高频变压器向负载供电。

导通时序与功耗

同步整流MOSFET按照其一个周期的导通时序可以分为几个方面的功耗：

如果源极和正电压和门极的控制电压不同步，则可能使得MOSFET内部的体二极管先于源极和漏极之间的通路导通，下图阶段1。

体二极管的压降和反向恢复时间都比较大，将导致MOSFET产生大量热量。

MOSFET在导通过程中，由于其门极、源级、漏极之间的结电容的存在。

流过MOSFET源极和漏极的电流不能立即上升到工作电流，MOSFET源极和漏极之间的压电不能立即下降到导通电压。

在电流上升和电压下降的过程中，也会产生大量的功耗，下图阶段2。

MOSFET的源极和漏极导通之后，主要由导通电阻产生功耗，下图阶段3。

在电流下降和电压上升的过程中，也会产生大量的功耗，下图阶段4。

在关断过程中，如果MOSFET关断过早，也会导致体二极管导通而产生大量的功耗，下图阶段5。

各阶段功耗

MOSFET的温升是否正常

在门极的驱动信号与源极的电压完全同步时，没有阶段1、５所产生的功耗；

当结电容很小，门极的驱动信号的驱动能力很强时，电压、电流的下升和下降沿非常陡，阶段2,４产生的功耗可以忽略不计；

则只有阶段3所产生的功耗。

功耗为I*I*Rds(on)=9*0.004=36mW。

而TO220的封装，热阻θJA=54℃/W。

而题主所说的在环境温度为24度时，MOSFET的表示温度大概为120度，也就是产生了100度左右的温升。

则大概产生的功率为100/54=2W，远远大于阶段3所产生的功耗32mW。

可见这是一种不正常的工作状态。

功耗偏高的两个可能性

有两种可能，

一是驱动信号不同步所产生的功耗。

假设体二极管压降为1V。

当开关频率为100KHz时，正半周时间为5us，如果开通延时+关闭提前的时间为1us。

则产生的功率约为(1*3*1/5)=0.6W。

另一种可能是因为门极驱动信号的驱动能力压，其输出电阻比较大，使用在结电容的作用上，驱动波形的上升和下降沿不够陡峭。

造成MOSFET的源漏极关断和打开过程中产生了功耗。

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