在電力電子技術(shù)領(lǐng)域，整流技術(shù)是將交流電(AC)轉(zhuǎn)換為直流電(DC)的關(guān)鍵過程。而在PC電源、開關(guān)電源以及電機驅(qū)動等應(yīng)用中，肖特基整流和同步整流是兩種廣泛使用的整流技術(shù)。盡管它們的目的相同，但兩者在結(jié)構(gòu)、性能和應(yīng)用方面存在顯著差異。
肖特基整流
肖特基整流技術(shù)以肖特基二極管(Schottky Barrier Diode，簡稱SBD)為核心元件。肖特基二極管是一種低功耗、超高速的半導(dǎo)體器件，由陽極金屬、二氧化硅電場消除材料、N外延層、N型硅基片、N陰極層及陰極金屬等構(gòu)成。這種二極管在正向偏壓下，肖特基勢壘層變窄，內(nèi)阻變小，從而實現(xiàn)整流功能。
肖特基二極管具有反向恢復(fù)時間短(納秒級)、正向?qū)▔航档偷奶攸c，但其耐壓值和漏電流相對較低。因此，肖特基整流常用于高頻、低壓、大電流的場合，如PC電源的+12V、+5V和+3.3V輸出。肖特基整流電路結(jié)構(gòu)簡單，轉(zhuǎn)換效率普遍可以達到80%以上，因此在入門級PC電源中廣泛應(yīng)用。
肖特基整流的工作原理是：當晶體管Q1導(dǎo)通時，電流不流向肖特基二極管D1;而當晶體管Q2斷開時，正向電流則流向D1。由于二極管具有單向?qū)ǖ奶匦裕灰w管Q1能實現(xiàn)導(dǎo)通和斷開的切換，就可以實現(xiàn)整個電路的整流輸出。這種整流方式不需要專門的驅(qū)動電路，使得電路整體成本較低。
然而，肖特基整流在輕載輸出的情況下，由于二極管單向?qū)ǖ奶匦?，輸出會進入不連續(xù)模式，電流波形呈間斷狀態(tài)，電壓會產(chǎn)生振鈴并釋放高頻諧波。這在一定程度上限制了其在高性能電源中的應(yīng)用。
同步整流
同步整流技術(shù)則采用通態(tài)電阻極低的專用功率MOSFET來取代整流二極管，以降低整流損耗。MOSFET是一種電壓控制型器件，它在導(dǎo)通時的伏安特性呈線性關(guān)系。當用MOSFET做整流器時，要求柵極電壓必須與被整流電壓的相位保持同步才能完成整流功能，因此得名同步整流。
同步整流電路的核心元件是MosFET晶體管。其工作原理與肖特基整流類似，但關(guān)鍵區(qū)別在于，同步整流使用兩個MosFET晶體管協(xié)同工作，通過獨立的驅(qū)動電路控制它們的導(dǎo)通和斷開。當主開關(guān)管打開時，電流通過主開關(guān)管和負載電路流動;當主開關(guān)管關(guān)閉時，同步整流器的MOSFET也關(guān)閉，此時負載電流通過同步整流器的體二極管續(xù)流。由于MOSFET的正向?qū)▔航递^小，系統(tǒng)的功耗和溫升得以降低，從而提高整個系統(tǒng)的效率。
同步整流技術(shù)的優(yōu)點顯著：
高效率：同步整流器的MOSFET導(dǎo)通損耗低，內(nèi)阻極小(通常為5mΩ左右)，因此轉(zhuǎn)換效率可以達到90%甚至95%的水平，遠高于肖特基整流。
低電磁干擾：同步整流器的MOSFET與主開關(guān)管同步工作，避免了二極管的反向恢復(fù)時間帶來的電流諧波和電磁干擾。
簡化設(shè)計：同步整流器的MOSFET與主開關(guān)管集成在一起，簡化了電路的設(shè)計和布局，減少了元器件的數(shù)量和成本。
持續(xù)電流波形：在輕載輸出的情況下，同步整流所用的晶體管允許電流逆向通過，因此電流波形是持續(xù)的，避免了肖特基整流中電壓振鈴和高頻諧波的問題。
然而，同步整流技術(shù)的調(diào)整難度在于其驅(qū)動電路的調(diào)校，因此在PC電源發(fā)展的早期，同步整流一般只應(yīng)用在高端產(chǎn)品上。近年來，隨著同步整流驅(qū)動IC的進展，其控制難度降低，逐步向主流級市場推進。
應(yīng)用領(lǐng)域與選擇
肖特基整流和同步整流各有其適用的領(lǐng)域。肖特基整流因其電路結(jié)構(gòu)簡單、轉(zhuǎn)換效率適中且成本較低，廣泛應(yīng)用于入門級PC電源、變頻器、驅(qū)動器等對性能要求不高的場合。而同步整流則因其高效率、低電磁干擾和持續(xù)電流波形的優(yōu)點，成為中高端PC電源、高性能開關(guān)電源和電機驅(qū)動等領(lǐng)域的首選。
在選擇整流技術(shù)時，需綜合考慮電源的性能要求、成本預(yù)算以及應(yīng)用環(huán)境。對于性能優(yōu)先的電源產(chǎn)品，同步整流無疑是更好的選擇;而對于成本敏感、性能要求不高的產(chǎn)品，肖特基整流則更具性價比。
結(jié)論
肖特基整流和同步整流作為兩種主流的整流技術(shù)，在電力電子技術(shù)領(lǐng)域發(fā)揮著重要作用。它們各自具有獨特的優(yōu)點和適用領(lǐng)域，選擇哪種技術(shù)取決于具體的應(yīng)用需求和成本考慮。隨著技術(shù)的不斷進步，這兩種整流技術(shù)都將進一步優(yōu)化和完善，為各種應(yīng)用提供更加可靠、高效的解決方案。
下載文檔
