開關電源：同步整流與異步整流解析-KIA MOS管
信息來源：本站 日期：2021-12-13
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。
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。
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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