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DC-DC中的同步与异步整流
文章来源:永阜康科技 更新时间:2019/1/21 11:26:00

DC/DC转换器的非绝缘型降压开关稳压器有异步整流(二极管)式和同步整流式两种。

1.异步整流式是较早使用的方式,就开关稳压器而言电路简单但效率却超过80%左右。


异步整流式于下侧开关使用二极管,异步整流式通过上侧晶体管的ON/OFF使电流流向或不流向二极管。

2.高效率的同步整流式开关稳压器用IC被陆续开发,控制或电路极为复杂的同步整流式变得容易设计,逐渐成为主流。同步整流式最大可以获得近95%的效率。


 1)同步整流与异步整流区别在于异步整流式于下侧开关使用二极管,而同步整流式则与S1同样为晶体管。同步整流式虽然基本工作与异步整流相同,但是下侧开关的ON/OFF也由控制电路进行。如果双方同时为ON,则电流将从VIN直接流向GND,故双方必须制造OFF时间,所谓停滞时间的时序等进行复杂的控制。同步整流式的效率之所以比异步整流式好,是因为下侧开关使用晶体管(尤其是MOSFET)。

2)另一个大区别在于轻负载时的工作状态。上图中橘色和绿色的箭头分别表示轻负载时异步整流式(橘)和同步整流式(绿)的电感电流。电感电流如上图所示,通过开关变成三角波。当负载电流变得非常少时,电感电流会下降至零交叉级。在此状态下,异步式为二极管只能朝一方向流动电流,因此没有如橘色波形般进入负领域的波形电流,电流波形呈具有零周期之间断状态,此称为不连续模式。同步式由于晶体管,故可逆流,使负领域电流持续,此称为连续模式。

3.损耗与效率

任何电路都通过开关流动电流,故此会因为开关而有损耗,以致影响效率。二极管的VF通过电流増加,即使是低VF的肖特基二极管,1A时的VF也将为0.3~0.5V左右。与之相对,例如Nch-MOSFET的ON电阻极低,低至50mΩ左右,如果计算下降电压的话,可知1A时Nch-MOSFET将为50mV,远低于二极管的VF。

如果为不连续模式,则开关电压将发生振铃,高谐波噪声将被释出。同步式通过维持连续的电感电流而使稳定的工作继续。但是,反向电流由于须从输出电容器供给,故效率稍低。

总结来说,同步整流型和异步整流型都很具有代表性,应用广泛。整体而言,电源设计工程师须先行探讨电路的复杂性、成本、效率、振铃导致的高谐波噪声,然后根据自己的需求进行权衡,来判断哪一方式最适合选择。

 
 
 
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