同步整流型和非同步整流型的不同

DC / DC轉換器的非絕緣型降壓開關穩壓器有前項所説明的非同步整流(二極體)式和同步整流式。非同步整流式是較早被使用的方式,就開關穩壓器而言電路簡單但效率卻超過80%左右。之後,筆記型电脑等電池驅動且需要較大功率的應用開始要求更高效率,於是可獲得高效率的同步整流式開關穩壓器用集成电路被陸續開發,控制或電路極為複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。

圖39岁和40為二種方式的電路概要和工作。

如圖所示,差別點在於非同步整流式於下側開關使用二極體,而同步整流式則與S1同様為電晶體。非同步整流式藉由上側電晶體的开/关使電流流向或不流向二極體,如前項所説。同步整流式雖然基本工作相同,但是下側開關的开/关亦由控制電路進行。若兩方同時為,則電流將從V_在直接流向接地,故兩方必須製造了時間,所謂死时间的靜止時機等進行複雜的控制。不過,同步整流式之所以效率比非同步式佳,是因為下側開關使用電晶體(尤其是MOSFET),大幅改善在二極體所發生之損失,而且還可在最佳時機進行操作。

有關各方式之損失和效率,再稍微説明一下。任何電路皆通過開關流動電流,故會因開關而有損失,以致影響效率。二極體之損失於順方向電壓V_F,電晶體時將變成飽和電壓或在電阻。二極體之V_F藉由電流増加,即使是低V_F1之蕭特基二極體,時之V_F亦將為0.3 ~ 0.5 V左右。相對的,例如Nch-MOSFET之在電阻極低至50米Ω左右,若計算下降電壓的話,可1知將為50 mv,遠低於二極體之V_F。

尤其類似從12 V降壓至1.5 V等高降壓時,下側開關之在時間會變長,佔周期的近90%。非同步整流式中,由於下側開關為二極體,故約90%期間會伴隨V_F分損失之工作,即1.5 v之輸出會伴隨0.5 v多之損失,對效率的影響極大(參照圖41)。

另一個大差別在於輕負載時會有工作。圖42橘色和緣色之箭頭表示輕負載時非同ㄏ步整流式(橘)和同步整流式(綠)之電感電流。電感電流如圖所示,藉由開關變成三角波。當負載電流變得非常少時,電感電流會下降至零交越級(零交点)。在此狀態下,非同步式為二極體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之波形電流,電流波形呈具有零期間之間斷狀態,此稱為不連續模式。另一方面,同步式由於電晶體,故可逆流,使負領域電流持續,此工作稱為連續模式。

若為不連續模式,則開關電壓將發生振鈴(响),高調波雜訊將被釋出。同步式藉由維持連續的電感電流而使穩定的工作繼續。但,逆電流由於須從輸出電容供給,故效率稍低。

整體而言須檢討電路之複雜性,成本,效率,振鈴導致之高調波雜訊後進行權衡,判斷哪一方式最適當後再選擇。