開關(guān)穩(wěn)壓器中同步整流和異步整流的區(qū)別介紹

DC/DC轉(zhuǎn)換器的非絕緣型降壓開關(guān)穩(wěn)壓器有前項(xiàng)所說明的異步整流（二極管）式和同步整流式。異步整流式是較早被使用的方式，就開關(guān)穩(wěn)壓器而言電路簡單但效率卻超過80％左右。其后，筆記本電腦等電池驅(qū)動(dòng)且需要較大功率的應(yīng)用開始要求更高效率，于是可獲得高效率的同步整流式開關(guān)穩(wěn)壓器用IC被陸續(xù)開發(fā)，控制或電路極為復(fù)雜的同步整流式變得容易設(shè)計(jì)，逐漸成為主流。同步整流式最大可以獲得近95%的效率。

圖1和2是兩種方式的電路概述和工作。

圖1

圖2

圖3

如圖所示，區(qū)別在于異步整流式于下側(cè)開關(guān)使用二極管，而同步整流式則與S1同樣為晶體管。異步整流式通過上側(cè)晶體管的ON/OFF使電流流向或不流向二極管，對(duì)此，如前項(xiàng)所說。同步整流式雖然基本工作相同，但是下側(cè)開關(guān)的ON/OFF也由控制電路進(jìn)行。如果雙方同時(shí)為ON，則電流將從VIN直接流向GND，故雙方必須制造OFF時(shí)間，所謂停滯時(shí)間的時(shí)序等進(jìn)行復(fù)雜的控制。不過，同步整流式的所以效率比異步整流式好，是因?yàn)橄聜?cè)開關(guān)使用晶體管（尤其是MOSFET），大幅改善在二極管所發(fā)生的損耗，而且還可在最佳時(shí)機(jī)進(jìn)行操作。

有關(guān)各方式的損耗和效率，再稍微說明一下。任何電路都通過開關(guān)流動(dòng)電流，故會(huì)因開關(guān)而有損耗，以致影響效率。二極管的損耗于正向電壓VF、晶體管時(shí)將變成飽和電壓或ON電阻。二極管的VF通過電流増加，即使是低VF的肖特基二極管，1A時(shí)的VF也將為0.3～0.5V左右。與之相對(duì)，例如Nch-MOSFET的ON電阻極低至50mΩ左右，如果計(jì)算下降電壓的話，可知1A將為50mV，遠(yuǎn)低于二極管的VF。

尤其類似從12V降壓至1.5V等高降壓時(shí)，下側(cè)開關(guān)的ON時(shí)間會(huì)變長，占周期的近90%。異步整流式中，由于下側(cè)開關(guān)為二極管，故約90%期間會(huì)伴隨VF分損耗的工作，即1.5V的輸出會(huì)伴隨0.5V多的損耗，對(duì)效率的影響極大（參考圖3）。

另一個(gè)大區(qū)別在于輕負(fù)載時(shí)會(huì)有工作。圖2橘色和綠色的箭頭表示輕負(fù)載時(shí)異步整流式（橘）和同步整流式（綠）的電感電流。電感電流如圖所示，通過開關(guān)變成三角波。當(dāng)負(fù)載電流變得非常少時(shí)，電感電流會(huì)下降至零交叉級(jí)。在此狀態(tài)下，異步式為二極管只能朝一方向流動(dòng)電流，因此沒有如橘色波形般進(jìn)入負(fù)領(lǐng)域的波形電流，電流波形呈具有零期間之間斷狀態(tài)，此稱為不連續(xù)模式。同步式由于晶體管，故可逆流，使負(fù)領(lǐng)域電流持續(xù)，此工作稱為連續(xù)模式。

圖4

如果為不連續(xù)模式，則開關(guān)電壓將發(fā)生振鈴，高諧波噪聲將被釋出。同步式通過維持連續(xù)的電感電流而使穩(wěn)定的工作繼續(xù)。但是，反向電流由于須從輸出電容器供給，故效率稍低。

整體而言須探討電路的復(fù)雜性、成本、效率、振鈴導(dǎo)致之高諧波噪聲后進(jìn)行權(quán)衡，判斷哪一方式最適當(dāng)后再選擇。

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