今天,让我们来谈谈开关电源中两个非常重要的概念--同步整流和异步整流。开关电源依靠功率管打开时电感充电储能,功率管断开时电感释放能量来实现电压变换。功率管断开后,电感释放能量产生电流回路,由于电流元件的选择不同,会涉及不同的整流方式,即同步整流和异步整流。那么它们之间有什么区别呢?

 

异步 BUCK

只有一个 MOS 管(功率管),续流元件是二极管,属于自然整流过程,不需要专门的控制电路来同步,所以称为异步整流。

异步整流电路

同步 BUCK

使用导通电阻极低的专用功率 MOS 代替整流二极管,以降低整流损耗。功率 MOS 属于电压控制器件,导通时的伏安特性为线性。当功率 MOS 用作整流器时,栅极电压必须与待整流电压的相位同步,因此称为同步整流。

同步整流电路

异步的优缺点:

  • 高稳定性

在输出电流变化的情况下,肖特基二极管的压降相当恒定,上下管不会同时出现同步整流电路,因此其稳定性高于同步整流电路。

  • 低效率

当流过肖特基二极管的电流较大时,持续电流在二极管上产生的电压相对较大,当输出电压很低时,二极管的压降占很大比例,消耗的功率相对较大,因此大电流低电压输出时效率较低。

 

同步的优缺点:

  • 效率高

在 MOS 参数中,一个非常重要的参数是 MOS 管的导通电阻。一般来说,MOS 管的内阻非常小,一般在毫欧级别,因此 MOS 管在通断后的压降相对较低。

在相同条件下,一般 MOS 管的导通压降远小于普通肖特基二极管的正向导通压降,因此在相同电流条件下,MOS 管的损耗功率远小于二极管,所以 MOS 管的效率会高于二极管。

  • 缺乏稳定性

MOS 管需要一个驱动电路,同步整流需要为 MOS 管增加一个额外的控制电路,这样上下两个 MOS 管才能同步,而异步二极管是自然整流,不需要增加额外的驱动控制电路,所以对于异步来说,同步电路会比较复杂。设计电路越复杂,稳定性越不可靠。

同步异步选项

选择使用同步还是异步主要从效率、成本、可靠性和 PCB 布局面积这几个方面来考虑。对于输出电压较高、占空比较高的应用,异步系统中肖特基二极管和同步整流器的功耗较小,同步整流器和异步整流器的转换效率差异不明显;而对于低输出电压、低占空比、大电流的应用,同步整流的转换效率相对较高。综上所述,如果要求的效率比较高,对成本和可靠性要求不太高,可以选择同步整流方案;如果对效率要求不是很高,则首选异步,其可靠性较好。

下面是我们的 DC-DC 降压芯片:

 

异步降压典型电路图(以 SSP9480 为例)

SSP9480 是一款降压型开关稳压器,内置功率 MOSFET 管。通过电流模式控制,可实现快速环路响应并提高环路稳定性。

宽输入电压范围(4.5V 至 80V)可提供持续 1.2A 电流的高效输出,在移动环境输入条件下实现各种降压电源转换应用。0.1μA 关断静态电流适用于电池供电应用。

典型的同步降压电路图(以 H9108 为例) 

 

H9108 是一款高频、同步、整流、降压型开关模式转换器,内置功率 MOSFET。它提供了一种非常紧凑的解决方案,在 4V 至 18V 的工作输入范围内,具有高达 2A 的连续电流输出能力和出色的负载和线路调节能力。