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  • 開關電源,同步整流和異步整流分析
    • 發布時間:2022-05-09 19:00:47
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    開關電源,同步整流和異步整流分析
    DC/DC轉換器的非絕緣型降壓開關穩壓器有異步整流(二極管)式和同步整流式兩種。
    1.異步整流式是較早使用的方式,就開關穩壓器而言電路簡單但效率卻超過80%左右。
    同步整流 異步整流
    異步整流式于下側開關使用二極管,異步整流式通過上側晶體管的ON/OFF使電流流向或不流向二極管。
    2.高效率的同步整流式開關穩壓器用IC被陸續開發,控制或電路極為復雜的同步整流式變得容易設計,逐漸成為主流。同步整流式最大可以獲得近95%的效率。
    同步整流 異步整流
    1)同步整流與異步整流區別在于異步整流式于下側開關使用二極管,而同步整流式則與S1同樣為晶體管。
    同步整流式雖然基本工作與異步整流相同,但是下側開關的ON/OFF也由控制電路進行。
    如果雙方同時為ON,則電流將從VIN直接流向GND,故雙方必須制造OFF時間,所謂停滯時間的時序等進行復雜的控制。同步整流式的效率之所以比異步整流式好,是因為下側開關使用晶體管(尤其是MOSFET)。
    2)另一個大區別在于輕負載時的工作狀態。上圖中橘色和綠色的箭頭分別表示輕負載時異步整流式(橘)和同步整流式(綠)的電感電流。
    電感電流如上圖所示,通過開關變成三角波。當負載電流變得非常少時,電感電流會下降至零交叉級。
    在此狀態下,異步式為二極管只能朝一方向流動電流,因此沒有如橘色波形般進入負領域的波形電流,電流波形呈具有零周期之間斷狀態,此稱為不連續模式。
    同步式由于晶體管,故可逆流,使負領域電流持續,此稱為連續模式。
    3.損耗與效率
    任何電路都通過開關流動電流,故此會因為開關而有損耗,以致影響效率。二極管的VF通過電流増加,即使是低VF的肖特基二極管,1A時的VF也將為0.3~0.5V左右。
    與之相對,例如Nch-MOSFET的ON電阻極低,低至50mΩ左右,如果計算下降電壓的話,可知1A時Nch-MOSFET將為50mV,遠低于二極管的VF。
    如果為不連續模式,則開關電壓將發生振鈴,高諧波噪聲將被釋出。同步式通過維持連續的電感電流而使穩定的工作繼續。但是,反向電流由于須從輸出電容器供給,故效率稍低。
    總結來說,同步整流型和異步整流型都很具有代表性,應用廣泛。整體而言,電源設計工程師須先行探討電路的復雜性、成本、效率、振鈴導致的高諧波噪聲,然后根據自己的需求進行權衡,來判斷哪一方式最適合選擇。
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