同步開關(guān)穩(wěn)壓器VS異步開關(guān)穩(wěn)壓器

 

開關(guān)穩(wěn)壓器的工作原理是：通過重復(fù)切換開關(guān)（如下圖的S1、S2）的“通”和“斷”狀態(tài)，把DC輸入電壓轉(zhuǎn)化成PWM波形，然后使用電感、電容等能量存貯部件使其平滑，以轉(zhuǎn)換成所希望的DC輸出電壓。

 

而同步開關(guān)穩(wěn)壓器與異步開關(guān)穩(wěn)壓器之間的主要區(qū)別在于：同步開關(guān)穩(wěn)壓器使用晶體管S2來代替二極管D1。（如下圖電路所示）

 

圖1：同步開關(guān)穩(wěn)壓器與異步開關(guān)穩(wěn)壓器比較 

 

通常來說, 晶體管開關(guān)承載電流時(shí)的壓降要比二極管更低。因此同步開關(guān)穩(wěn)壓器的能量損耗更小，效率更高。但是與異步開關(guān)穩(wěn)壓器相比，同步開關(guān)穩(wěn)壓器容易產(chǎn)生額外的電磁干擾。那么額外的電磁干擾是怎么產(chǎn)生的呢？

 

電磁干擾的來源與對策

 

同步開關(guān)穩(wěn)壓器有一個(gè)天生的缺陷，就是當(dāng)S1與S2同時(shí)導(dǎo)通時(shí)，會(huì)產(chǎn)生短路危險(xiǎn)，這會(huì)損壞開關(guān)。所以必須確保兩個(gè)開關(guān)永遠(yuǎn)不會(huì)同時(shí)導(dǎo)通。為了個(gè)避免這種情況發(fā)生，會(huì)采取一些措施，而這些措施可能會(huì)帶來額外的電磁干擾。我們來梳理一下這個(gè)過程是如何發(fā)生的。

 

圖2：同步開關(guān)穩(wěn)壓器電磁干擾產(chǎn)生的原因和解決方案(點(diǎn)擊圖片放大，查看詳情)

 

我們可以使用一個(gè)額外的肖特基二極管來減少此類電磁干擾。肖特基二極管的反向恢復(fù)時(shí)間非常短，甚至反向恢復(fù)時(shí)間為0。并且在死區(qū)時(shí)間開始時(shí)，能非常快速地吸收電流。這可減緩開關(guān)節(jié)點(diǎn)處的電壓陡降，從而減少由于耦合效應(yīng)而產(chǎn)生并分布到電路上的電磁干擾。

 

下圖是一個(gè)典型的降壓同步開關(guān)穩(wěn)壓電路（查看Scheme-it原理圖），其使用ADI ADP2443為同步開關(guān)穩(wěn)壓芯片。采用N溝道MOSFET和額外的肖特基二極管，可最大限度地減少干擾。

 

圖3：肖特基二極管在同步開關(guān)穩(wěn)壓器中的應(yīng)用

 

電路中關(guān)鍵元器件選型

 

同步/異步開關(guān)穩(wěn)壓器選型 

 

異步開關(guān)穩(wěn)壓器是簡單且牢固的方式，而同步開關(guān)穩(wěn)壓器效率更高。如何在選型時(shí)區(qū)分這兩類穩(wěn)壓器呢？

 

Digi-Key官網(wǎng)上，開關(guān)穩(wěn)壓器選型列表中，提供了許多可供選擇的參數(shù)。在“同步整流器”欄中選擇“是”，對應(yīng)的就是同步開關(guān)穩(wěn)壓器。

 

圖4：Digi-Key同步/異步開關(guān)穩(wěn)壓器選型

 

肖特基二極管選型

 

肖特基二極管可以設(shè)計(jì)得非常緊湊，因?yàn)樗鼉H在死區(qū)時(shí)間內(nèi)，短時(shí)間承載電流。

 

它的特點(diǎn)是：僅在死區(qū)時(shí)間承載電流，溫升小、尺寸小、成本低、結(jié)構(gòu)緊湊。

 

Digi-Key官網(wǎng)上，肖特基二極管選型列表中，提供“反向恢復(fù)時(shí)間”欄。為了減少額外的電磁干擾，反向恢復(fù)時(shí)間越小越好。

 

圖5：Digi-Key肖特基二極管選擇選型

 

本文小結(jié) 

 

同步開關(guān)穩(wěn)壓器效率高，在各個(gè)領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用，但是與此同時(shí)它可能會(huì)伴有額外電磁干擾的產(chǎn)生。只有了解其中的原理，對癥下藥，才能花費(fèi)最小的成本，藥到病除。

 

來源：Digi-Key  作者：Alan Yang