SR同步整流驅動邏輯分析:SIMPLIS電路模擬

更新 發佈閱讀 4 分鐘

針對同步整流(Synchronous Rectification, SR)MOSFET 的開啟與關閉控制流程進行說明,涵蓋電路中的關鍵邏輯控制,並以電路輔助說明,幫助讀者建立 SR 電路的基本概念。

電路

電路


一、MOSFET 開啟流程(Turn-On)

  1. 本體二極體導通
    當電流流經本體二極體時,MOSFET 兩端 VDS 電壓約降至 -0.7V。
  2. 偵測開啟條件
    比較器 U8 持續監測 MOSFET 的 VDS。當電壓下降至設定閾值(如 -100mV)以下時,U8 輸出高電位。
  3. 產生上升緣短脈衝(Short Pulse)
    U8 的高電位訊號經反相器 U9,再與 U8 原始訊號輸入到 AND 邏輯閘 U14,產生上升緣觸發的短脈衝。此設計目的為在 VDS 首次低於閾值時,僅產生極短的上升緣 Pulse,避免維持高電位造成正反器(Flip-Flop)多次觸發,確保每次僅對應一次開啟事件。
  4. AND 判斷與開啟 MOSFET
    U8 與 U9 產生的短脈衝經 AND 邏輯閘 U14 輸出後,再與「最小關斷時間(min off time)」訊號T_OFF_MIN 一同進入 AND 邏輯閘 U6。
    U6 用以確認同步整流 MOSFET 已經關閉足夠時間,並達開啟條件,才允許觸發正反器。
    當 U14 與 T_OFF_MIN 皆為高電位時,U6 輸出高電位,觸發正反器 U10「設定(Set)」,Q 端轉為高電位,透過閘極驅動器 U7 導通MOSFET ,讓電流由本體二極體轉向 MOSFET 通道,降低損耗。

二、MOSFET 關閉流程(Turn-Off)

  1. 偵測電流趨近零
    MOSFET 導通期間,隨著電流變小,VDS 由負值回升。比較器 U11 偵測 VDS,當電壓超過設定閾值(如 -5mV)以上,表示電流即將反向,U11 輸出高電位。
  2. 產生上升緣短脈衝(Short Pulse)
    U11 輸出的高電位經 U16 反相,與 U11 輸出同時進入 AND 邏輯閘 U15,產生上升緣觸發的短脈衝。
    此設計可確保在 VDS 首次超過閾值時只產生一次短脈衝,避免正反器重複觸發。
  3. AND 判斷與關閉 MOSFET
    U15 的短脈衝再與「最小導通時間(min on time)」訊號T_ON_MIN 進行 AND 判斷。T_ON_MIN 確保 MOSFET 已開啟達預設時間,以防止雜訊或振鈴導致提前關閉。U15 與T_ON_MIN 均為高電位時,U17 輸出高電位,觸發正反器 U10「重置(Reset)」,Q 端轉為低電位,透過閘極驅動器 U7 關閉 MOSFET,完成整流週期。

三、保護與定時邏輯

  • 最小導通時間(Minimum On Time)定義
    由 I充C 定時器(C4、I2)與比較器 U12 產生T_ON_MIN 訊號,確保 MOSFET 開啟後至少導通一定時間,提升系統穩定性。
  • 最小關斷時間(Minimum Off Time)定義
    由 I充C 定時器(C5、I3)與比較器 U18 產生T_OFF_MIN 訊號,確保 MOSFET 關閉後有足夠 off-time,避免振鈴造成誤觸發。

結論

本同步整流控制邏輯透過 VDS 偵測、上升緣觸發、最小開啟時間、最小關閉時間與正反器控制,精準掌握 MOSFET 的導通與關閉時機,達成高效率、高可靠度的同步整流。


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