? 超能课堂(198):PC电源的同步整流与肖特基整流有什么区别? - 超能网 亚博娱乐官网,亚博app官网,亚博优惠申请
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我们在PC电源的组成上通常会提到“同步整流”和“肖特基整流”两个结构,而这两个整流结构也是目前PC电源的主流,而且用“平分秋色”来形容他们的市场份额也是非常恰当的。只是我们仔细观察的话,就会发现肖特基整流常见于入门级产品,而同步整流则常见于中高端产品,两者的定位早已确定,俨然已是PC电源的身份象征。但不知道大家有没有想过,为什么它们能有如此明确的定位区分呢?


电源+12V输出的整流电路(上图为ROG Strix 750W电源)

肖特基整流和同步整流一般位于PC电源的低压侧,也就是我们常说的二次侧,其中肖特基整流除了+12V使用外,也会用在+5V和+3.3V输出上,当然也有+12V使用肖特基整流而+5V与+3.3V通过DC-DC从+12V转出的产品;而同步整流则多数应用在+12V上,基本上都是搭配DC-DC实现+5V和+3.3V的输出,但甚少有+12V使用同步整流、+5V与+3.3V使用肖特基整流的产品,因为这种结构无论是性能还是成本都没有优势,堪称是一种“奇葩组合”。

因此当我们提到电源采用的是同步整流还是肖特基整流时,多数情况下都是指代+12V输出的低压整流方式。而+12V在今天已经是PC电源的输出大头,往往能占据输出功率80%甚至更高的组成,所以同步整流和肖特基整流的优劣,对电源性能的表现起到了重要的决定性作用。

什么是肖特基整流?


肖特基二极管(上图为技嘉P650B电源)

肖特基二极管是以其发明者肖特基博士(Schottky)命名,全称为Schottky Barrier Diode,即肖特基势垒二极管,简称SBD,是一种低功耗的超高速半导体器件。其使用方法与快速恢复二极管有些类似,但两者的特性有明显的差异,快速恢复二极管的反向恢复时间一般在50微秒左右,而肖特基二极管的反向恢复时间更短,可以达到纳秒级,而且正向导通的压降更低,不过其相比快速恢复二极管在耐压值和漏电流上有所不如,因此肖特基二极管常用于高频、低压、大电流的场合中,例如PC电源就是一个很好的应用场合。


肖特基整流电路原理简图

使用肖特基二极管进行整流的优势是电路结构比较简单,而且转换效率还算不错,普遍可以达到80%以上,因此入门级的PC电源在二次侧部分大都使用肖特基整流。肖特基整流电路的简化图如下所示,当晶体管Q1导通时,电流不流向肖特基二极管D1,而晶体管Q2断开时,正向电流则会流向D1, 由于二极管有单向导通的特性,因此只要晶体管Q1能实现导通和断开的切换,就可以实现整个电路的整流输出,而这部分的控制并不需要专门的驱动电路。


PFR40L60CT肖特基二极管的压降曲线

从这个电路我们也可以看出,由于晶体管导通时的能量损耗极低,因此整个电路损耗大部分都是肖特基二极管的正向压降带来的。肖特基二极管的正向压降并不是固定值,实际上会随着通过电流的增加而增加,但并不是线性关系,具体的曲线会根据产品的不同而不同,例如上图就是PFR40L60CT肖特基二极管的正向压降曲线 ,可以看到其正向压降在输出电流10A时,基本都处于0.4V左右,这意味着其此时损耗的功率为0.4V*10A=4W。

什么是同步整流?


同步整流电路的核心是MosFET(上图为ROG Strix 750W电源)

如果说肖特基整流的核心是肖特基二极管,那么同步整流的核心元件就是MosFET晶体管了。实际上从两者的原理简图来说,肖特基整流与同步整流的结构是非常接近的,基本上就是将下侧的肖特基二极管替换为MosFET晶体管。同步整流电路在运行的时候电流走向也是与肖特基二极管相同的,当晶体管Q1导通时,晶体管Q2断开,电流不经过晶体管Q2,而晶体管Q1断开时,晶体管Q2导通,正向电流则会通过Q2,电路即可完成整流输出。


同步整流电路原理简图

然而由于晶体管允许电流逆向导通,不像二极管那样是单向的,因此晶体管Q1和Q2如果同时进入导通状态,那么电流将直接经由Q1和Q2进入地线,使得整个电路无法工作,因此两个MosFET晶体管必须要协同工作,为此同步整流是需要独立的驱动电路去控制两个MosFET的导通和断开,这点就是同步整流与肖特基整流的在电路组成上的最大区别。

同步整流相比肖特基整流有什么优势?

那么同步整流可以带来怎样的优势呢?同步整流的能量损耗主要源自于MosFET的导通损耗,而MosFET的导通损耗基本是由其内阻决定的。一般适用于同步整流的MosFET都拥有极低的内阻,大部分都只有5mΩ左右,因此同样是输出10A电流,肖特基整流可能会带来4W的损耗,而同步整流则根据P=I2R的公式可以计算出损耗为10A*10A*0.005Ω=0.5W,同样输出下损耗只有肖特基整流的八分之一,因此同步整流的转换效率比起肖特基整流要高出不少,平均可以达到90%甚至95%的水平。


大多数同步整流的MosFET都只有4mΩ到5mΩ的内阻

与肖特基整流相比,同步整流的调整难度就在于其驱动电路的调校,因此在PC电源的发展早起,同步整流一般只应用在高端产品上,是作为一种展示厂商实力的手段,主流级的产品大都使用电路结构简单的肖特基整流。而近年来同步整流的驱动IC有了很大的进展,使得同步整流的控制不再是一件高难度的事情,因此现在同步整流已经从高端逐步向主流级市场推进。

此外同步整流相比肖特基整流还有一个优点,那就是轻载输出的情况下,肖特基整流由于二极管单向导通的缘故,输出会进入到不连续模式,电流波形呈间断状态,电压会产生振铃并释放高频谐波;而同步整流所用的晶体管允许电流逆向通过,因此电流波形是持续的,电路可以一直工作在持续状态,只是由于反向电流是由电容输出的,因此轻负载下的同步整流电路在转换效率上并不比肖特基整流有明显优势,但相比于后者会释放高频谐波的缺点,同步整流电路在轻负载下的“瑕疵”几乎是可以忽略不计的。

那么同步整流可以取代肖特基整流吗?

既然同步整流相比肖特基整流有如此优势,未来PC电源上是否会出现同步整流一统江湖的情况呢?事实上这种情况除非是有足够强大的力量进行推动,否则在未来很长一段时间里,大家都不用期待可以看见。与电源拓扑结构一样,肖特基整流与同步整流其实并无技术上的贵贱之分,纯粹是因为不同的需求而衍生出来的不同结构,它们都各自有自己适用的领域。现在的同步整流尽管已经足够成熟,但是就电路的整体成本而言,肖特基二极管还是有绝对优势的,毕竟后者不需要专门的驱动电路。

因此在部分对性能并不敏感,但是整体成本被卡得很紧的电源产品,也就是我们常说的“入门级产品”或“价格敏感型产品”上,肖特基整流依然有其存在的价值。不过肖特基整流想要逆袭同步整流也是一件很困难的事情,毕竟后者在电气性能上也有着难以逾越的优势,因此对于“性能优先”的中高端产品来说,同步整流基本上已经是标配,对于重视电源性能表现的玩家来说自然也是首选了。

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  • 潘靖江编辑?8天之前

    monaibo?高中生?:

    1,变压器二次侧输出为交流,图中所画v1为直流电源。2,电脑电源常用的三脚肖特基整流管是由两个同样的肖特基二极管,共用一个阳脚复合而成。文中的原理简图却是一个mos q1和一个肖特基二极管d1。
    8天之前
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  • 谢谢提醒,这个主要是一个电路简图,主要是讲两者的原理区别,并不是直接描述电源的工作电路

    Vin那里确实是没注意到,只是一个示意,大家理解就可以了

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    14#

  • monaibo高中生?8天之前

    游客:

    复杂的电路也不一定更容易出问题,复杂的电路中如果有冗余设计和保护设计,反而可靠性会更好。 ...
    8天之前
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  • 单纯论器件,肖特基二极管和mos 晶体管都是基础的半导体原件,寿命可靠性差不多一样。

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    13#

  • monaibo高中生?8天之前

    1,变压器二次侧输出为交流,图中所画v1为直流电源。2,电脑电源常用的三脚肖特基整流管是由两个同样的肖特基二极管,共用一个阳脚复合而成。文中的原理简图却是一个mos q1和一个肖特基二极管d1。

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    12#

  • 游客??8天之前

    干货支持

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    11#

  • 游客??8天之前

    ywp0815?研究生?:

    肖特基一样会被击穿 只能说肖特基结构简单所以耐造 越复杂的电路出问题的概率越大
    9天之前
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  • 复杂的电路也不一定更容易出问题,复杂的电路中如果有冗余设计和保护设计,反而可靠性会更好。 ...

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    10#

  • 游客??8天之前

    我有话要说...

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    9#

  • 呆mond教授?8天之前

    一看到老潘的文章,先拉到最底下赞扬一番再看

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    8#

  • 游客??8天之前

    BruceKang?博士?:

    这文章门槛太高了...完全起不到科普的作用
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  • 本来也不是写给你这种人看的

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  • 拾人牙慧研究生?9天之前

    多好的文章啊。
    别高了嫌高,低了嫌低好吗

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    6#

  • ywp0815研究生?9天之前

    Elwin?教授?:

    一个是二极管,一个是结构复杂的半导体电容,不用说也知道两者区别在哪。如果说可靠性,mosfet有被击穿的可能,而二极管除了物理破坏基本不用担心,所以耐操肯定还是前者
    9天之前
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  • 肖特基一样会被击穿 只能说肖特基结构简单所以耐造 越复杂的电路出问题的概率越大

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    5#

  • BruceKang博士?9天之前

    这文章门槛太高了...完全起不到科普的作用

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    4#

  • QQ23870862终极杀人王?9天之前

    没学过看不懂

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    3#

  • andiichang等待验证会员?9天之前

    我就看看

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    2#

  • Elwin教授?9天之前

    一个是二极管,一个是结构复杂的半导体电容,不用说也知道两者区别在哪。如果说可靠性,mosfet有被击穿的可能,而二极管除了物理破坏基本不用担心,所以耐操肯定还是前者

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