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同步buck電路解析
  • 發(fā)布時(shí)間:2024-08-14 19:19:35
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同步buck電路解析
下面圖一是一個(gè)典型的降壓電路,D1是續(xù)流二極管,當(dāng)D1導(dǎo)通的時(shí)候,D1的正向壓降是比較大的,如果輸出是5V或者是3.3V的電壓,那么對(duì)于D1上面占整個(gè)輸出的壓降是非常的明顯。
看二極管的規(guī)格書可以知道,如果需要把Vf值降低一倍,那么電流需要比原理的值小8-10倍,那么用二極管來整流的Vf引起的損耗是不可以避免的,為了解決Vf而引起的損耗。
那么想到了用MOS管來替他二極管,因?yàn)楫?dāng)mos管導(dǎo)通的時(shí)候,壓降就是電流乘導(dǎo)通內(nèi)阻,一般MOS的內(nèi)阻都非常的小,所以很多要求效率高,輸出電壓比較低電流比較大的電源,大部分都用同步整流來實(shí)現(xiàn),那么對(duì)于圖一用的二極管來續(xù)流的電路就叫異步整流,如果用MOS管來替代二極管的電路就加同步整流。
同步buck電路
下面的圖二是同步整流,續(xù)流二極管是被Qs給短路了,工作的原理是當(dāng)Q1導(dǎo)通的時(shí)候,Qs關(guān)閉,這個(gè)時(shí)候輸入電壓是給電感儲(chǔ)存能量,當(dāng)Q1關(guān)斷的時(shí)候,如果沒有Qs,或者是Qs沒有打開的時(shí)候,D1導(dǎo)通。
如果Qs導(dǎo)通,那么就是短接了D1,因此Q1與Qs是不能同時(shí)導(dǎo)通的,如果同時(shí)導(dǎo)通了,會(huì)導(dǎo)致直通使輸入源或者是輸入電容Cin短路,這一定需要防止的。
既然不能同時(shí)導(dǎo)通,那么Q1與Q2的導(dǎo)通需要有一個(gè)死區(qū)時(shí)間,這幾是同步整流不能像二極管一樣mos管關(guān)斷,二極管被動(dòng)導(dǎo)通,二極管是一個(gè)被動(dòng)器件而mos管是一個(gè)主動(dòng)器件,這就是同步整流需要有死區(qū)時(shí)間的原因。
同步buck電路
下面需要注意的就是Qs的接法不能接反,因?yàn)镸OS管體內(nèi)是有體二極管的,如果接反了會(huì)導(dǎo)致直通,既然用MOS管來替代了D1,為什么還需要接D1了,這里是當(dāng)Q1關(guān)斷的時(shí)候,需要有一個(gè)死區(qū)時(shí)間,在這死區(qū)時(shí)間里面如果沒有D1鉗位,那么Qs的體內(nèi)二極管會(huì)導(dǎo)通。
但是Qs的體內(nèi)二極管一般都是普通的二極管,正向壓降比較大,導(dǎo)致?lián)p耗增加,還有在關(guān)斷Qs的時(shí)候,Q1是還沒有導(dǎo)通的,在死區(qū)時(shí)間里面體二極管會(huì)導(dǎo)通,而體二極管的反向恢復(fù)特性是比肖特基差的。
所以保留D1肖特基二極管,當(dāng)Q1關(guān)斷,Qs沒有導(dǎo)通的時(shí)候,D1會(huì)導(dǎo)通,D1的壓降是比Qs的體二極管壓降小很多,并且反向恢復(fù)特性非常的好,可以提高效率。但是D1是并在MOS管外面的。
如果Layout的時(shí)候D1與Qs相差比較遠(yuǎn)的話,PCB線長(zhǎng)可能有寄生電感,在高頻下寄生電感表現(xiàn)出非常大的阻抗,這就會(huì)導(dǎo)致?lián)p耗增加,我們希望Layout的過程中D1盡量靠近Qs,最好是與Qs同一個(gè)芯片,這樣最大限度的降低ESL。
既然要減小MOS管與肖特基二極的距離,如果把MOS管的體二極管做出了肖特基的或者是把肖特基二極管集成到MOS管里面,這樣一來減少了PCB的占地面積,減小電源的整體體積。
同時(shí)解決了因ESL引起的問題,所以現(xiàn)在有很多的MOS管的體二極管的壓降是非常低,可以直接應(yīng)用于同步整流,不需要去單獨(dú)并聯(lián)二極管,如圖三所以
同步buck電路
同步buck電路里面Q1與Qs的驅(qū)動(dòng)是不能有共通的,所以加有死區(qū)時(shí)間,形成了互補(bǔ)型同步Buck,對(duì)于這樣的Buck電路工作在CCM模式是沒有什么問題的,但是如果Buck工作在DCM的時(shí)候,同步Buck的效率可能就要比異步Buck的效率低,這是為什么了?我們看下面的波形。
同步buck電路
我們看在連續(xù)模式的時(shí)候,當(dāng)下管關(guān)斷的時(shí)候,電感上還是有電流,同步Buck關(guān)斷與異步Buck關(guān)斷時(shí)差不多,同步Buck的導(dǎo)通的損耗是要小的,但是如果是工作在斷續(xù)的模式,當(dāng)電感電流為0的時(shí)候,異步Buck的二極管會(huì)實(shí)現(xiàn)了零電流關(guān)斷,就沒有反向恢復(fù)的問題,而同步Buck就不一樣了。
因?yàn)殡姼须娏鳛?的時(shí)候,mos管的驅(qū)動(dòng)還是有的。所以mos的電流會(huì)由D流向S,這樣電感電流也是反向流,使得輸出的電容通過電感與下管mos管放電,這樣一來?yè)p耗增加,當(dāng)下管關(guān)斷的時(shí)候,MOS管有一個(gè)關(guān)斷損耗。
又因?yàn)橛兴绤^(qū)時(shí)間的存在。那么電感上的電流是不能突變,所以電感電流繼續(xù)流向了上管的二極管,當(dāng)上管打開的時(shí)候?qū)崿F(xiàn)了零電壓開通,但是buck的上管的壓一般不是很大,對(duì)于效率的影響不是很大,從上面分析來說,越是輕載說明同步buck的效率越低。
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