随着电源技术的发展，低压大电流开关电源逐渐成为目前一个重要的研究课题。而效率问题始终是一个主旋律[1]。电源中的损耗很大一部分来自于整流电路。传统整流方式是使用整流二极管，其较高的导通压降使得系统效率低下。同步整流采用低导通电阻的功率MOSFET取代整流二极管，以降低整流损耗[2]。整流时，要求MOSFET栅极电压与被整流电压保持一定的相位同步关系。
    感应耦合电能传输系统中应用同步整流时，需要特殊的控制方式以避免延时导致的整流失效问题。针对应用同步整流提高系统效率的问题，本文设计制作了同步整流控制电路以及应用同步整流技术的感应耦合传输系统。实验测试数据说明，该电路有效地避免了整流失效，显著地提高了系统效率。
1 整流损耗分析
1.1 二极管整流
    二极管半波整流电路如图1所示。

    整流二极管导通时，电流流经二极管产生导通损耗，其计算公式为：
    
2 感应耦合电能传输的同步整流
2.1 感应耦合电能传输基本原理
    感应耦合电能传输方法是一种基于电磁感应耦合理论，现代电力电子能量变换技术及控制理论于一体的新型电能传输模式[4]，其基本原理如图3所示。电源提供的直流电经逆变电路转换后供给原边电感。副边电感通过电磁感应得到交流电。整流后由功率处理电路将其转换为所需的电流/电压，供给用电设备，完成电能的无线传输[5]。

3 实验结果

    为了验证同步整流控制电路，测试同步整流对系统效率的提升效果，本文设计了半桥逆变电路、同步整流电路、二极管整流电路进行对比测试。测试电路原理如图7所示。
    Tc1与Tc2同轴绕制，保证控制信号与副边电感信号同步。原边电感采用棒状磁芯，副边电感绕在管状骨架上，线圈匝比1:1。整流二极管采用MUR1660双管并联，同步整流MOSFET采用IRF3205单管。逆变MOSFET采用两只FQA38N30单管，工作频率20 kHz。
3.1 同步整流控制电路
    在无滤波电容、接200 Ω纯阻性负载的情况下测试负载两端电压波形。测试电路及波形如图8所示。
    从图8可以看到，负载两端波形为正的半波方波，没有负电压的出现。控制电路提前发出关断信号，避免了延时的影响，保证了整流电路的有效性。

3.2 系统效率
    在整流后端接入滤波电容，分别使用二极管整流，同步整流对系统输入/输出参数进行测试。测试时保证两组整流电路负载相同。在输出电压分别为5 V和3.3 V时，系统效率如图9所示。

    从图9可以看到，输出电压为5 V时，效率提升幅度在输出电流1 A时达到峰值，为14.75%，随后随着输出电流增加而下降。输出电压为3.3 V时，效率提升幅度随输出电流增加而降低，在电流为100 mA时达15.51%。同步整流技术可明显提高感应耦合电能传输系统的效率。随着输出电流增加，耦合电感的效率降低，系统整体效率下降，效率提升幅度也下降。
    输出功率相同的情况下，同步整流时系统的输入功率与二极管整流时系统的输入功率的差值，即为同步整流电路减少的损耗。测试输出分别为5 V和3.3 V时减少的功耗值，结果如图10所示。
    从图10可以看到，同步整流比二极管整流减少的损耗，随输出功率的增加而同步增加。输出5 V/10 A时，损耗减少了10.16 W，占输出功率的20.32%。输出3.3 V/10 A时，损耗减少了11.15 W，占输出功率的33.79%。可见，在输出低压大电流的情况下，应用同步整流技术可以显著提高感应耦合电能传输系统的效率，大大减少整流损耗。
    整流二极管较高的导通压降，使得整流损耗较大。在输出低电压大电流的情况下，损耗尤为突出。本文系统分析了二极管与同步整流的导通损耗，并设计了针对感应耦合电能传输系统的同步整流控制电路，避免整流电路的失效。实际电路测试验证了控制电路的有效性。并且，通过二极管整流与同步整流的对比测试，得到了在低压大电流时，同步整流电路对系统效率的提升。输出电压为5 V时可提高14.75%；输出电压为3.3 V时可提高15.51%。输出5 V/10 A时，损耗减少了10.16 W；输出3.3 V/10 A时，损耗减少了11.15 W。
参考文献
[1] 宋辉淇，林维明.同步整流技术的特点与分析比较[J].通信电源技术，2006，23(3)：34-37.
[2] 黄海宏，王海欣，张毅.同步整流的基本原理[J].电气电子教学学报，2007，29(1)：27-29.
[3] Xiong Yali，Sun Shan，Jia Hongwei，et al.New physical  insights on power MOSFET switching losses[J].IEEE Transactions on Power Electronics，2009，24(2)：525-531.
[4] 张峰，王慧贞.非接触感应能量传输系统中松耦合变压器的研究[J].电源技术应用，2007，10(4)：54-64.
[5] Low Zhenning，CHINGA R A，TSENG R，et al.Design and test of a high-power high-efficiency loosely coupled planar  wireless power transfer system[J].IEEE Transactions on  Industrial Electronics，2009，56(5)：1801-1812.