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    • 發(fā)布時間:2024-08-14 19:19:35
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    同步buck電路解析
    下面圖一是一個典型的降壓電路,D1是續(xù)流二極管,當D1導通的時候,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,那么對于D1上面占整個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,因為當mos管導通的時候,壓降就是電流乘導通內(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現(xiàn),那么對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Q1導通的時候,Qs關閉,這個時候輸入電壓是給電感儲存能量,當Q1關斷的時候,如果沒有Qs,或者是Qs沒有打開的時候,D1導通。
    如果Qs導通,那么就是短接了D1,因此Q1與Qs是不能同時導通的,如果同時導通了,會導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。
    既然不能同時導通,那么Q1與Q2的導通需要有一個死區(qū)時間,這幾是同步整流不能像二極管一樣mos管關斷,二極管被動導通,二極管是一個被動器件而mos管是一個主動器件,這就是同步整流需要有死區(qū)時間的原因。
    同步buck電路
    下面需要注意的就是Qs的接法不能接反,因為MOS管體內(nèi)是有體二極管的,如果接反了會導致直通,既然用MOS管來替代了D1,為什么還需要接D1了,這里是當Q1關斷的時候,需要有一個死區(qū)時間,在這死區(qū)時間里面如果沒有D1鉗位,那么Qs的體內(nèi)二極管會導通。
    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,導致?lián)p耗增加,還有在關斷Qs的時候,Q1是還沒有導通的,在死區(qū)時間里面體二極管會導通,而體二極管的反向恢復特性是比肖特基差的。
    所以保留D1肖特基二極管,當Q1關斷,Qs沒有導通的時候,D1會導通,D1的壓降是比Qs的體二極管壓降小很多,并且反向恢復特性非常的好,可以提高效率。但是D1是并在MOS管外面的。
    如果Layout的時候D1與Qs相差比較遠的話,PCB線長可能有寄生電感,在高頻下寄生電感表現(xiàn)出非常大的阻抗,這就會導致?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,可以直接應用于同步整流,不需要去單獨并聯(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)動是不能有共通的,所以加有死區(qū)時間,形成了互補型同步Buck,對于這樣的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)模式的時候,當下管關斷的時候,電感上還是有電流,同步Buck關斷與異步Buck關斷時差不多,同步Buck的導通的損耗是要小的,但是如果是工作在斷續(xù)的模式,當電感電流為0的時候,異步Buck的二極管會實現(xiàn)了零電流關斷,就沒有反向恢復的問題,而同步Buck就不一樣了。
    因為電感電流為0的時候,mos管的驅(qū)動還是有的。所以mos的電流會由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,這樣一來損耗增加,當下管關斷的時候,MOS管有一個關斷損耗。
    又因為有死區(qū)時間的存在。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,當上管打開的時候?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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