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      干貨!開關電源中同步整流和非同步整流詳解

      發布時間:2023年02月26日  瀏覽量:

      開關電源是通過功率管打開時給電感充電,電感儲能;功率管斷開時,電感釋放能量,從而實現電壓變換。

      在功率管斷開時,電感釋放能量需要電流回路,續流元器件的選用不同,就會涉及到不同的整流方式,即同步整流和非同步整流。

      干貨!開關電源中同步整流和非同步整流詳解

      那么同步整流和非同步整流到底有什么差別呢?

      一 區分同步與非同步

      1、非同步

      以BUCK電路為例,若電路中只有一個MOS管(功率管),而在續流回路中采用的是整流二極管(二極管具有單向導電性,不需要外加電路控制其通斷),則該電路就是非同步的,因為它只有一個 mos管(或者說開關管)需要用電路控制,續流二極管不需要控制電路,也就不用去強調同步控制二極管(D1),即可以理解為非同步,非同步電路如圖1所示:

      干貨!開關電源中同步整流和非同步整流詳解

      (圖一)

      2、同步

      若在電路中續流回路中使用的也是MOS管(Q2),即上下管都是MOS管,因為MOS管本身是需要外控制的元器件,整流過程中必須根據電源的開關時序同步控制Q1與Q2,所以該電路為同步,同步電路如圖2所示:

      干貨!開關電源中同步整流和非同步整流詳解

      (圖二)

      同步是采用通態電阻極低的功率 MOS管,來取代整流二極管以降低整流損耗的一項新技術;它能大大提高 DC/DC 變換器的效率。

      功率 MOS管屬于電壓控制型器件,且它在導通時的伏安特性呈線性關系。用功率 MOS管做整流器時,要求柵極電壓必須與被整流電壓的相位保持同步才能完成整流功能,故稱之為同步整流。

      二 同步、非同步的優缺點

      1、非同步的優缺點

      ◆穩定性高

      由于肖特基二極管被動導通,不會存在同步整理電路中上下管同時導通的情況,所以其穩定性同比要高于同步整理電路。

      ◆效率低

      當流過肖特基二極管的電流較大時,續流電流在二極管上產生的電壓比較大(0.5V左右),當輸出的電壓很低的時候,二極管的電壓降就占了很大的比重,它消耗的功率相對較大,所以在大電流,小電壓輸出時候效率偏低。

      2、同步的優缺點

      ◆效率較高

      一般MOS管的內阻非常小,在流過相同電流條件下,其導通電壓降遠遠小于普通肖特基二極管的正向導通壓降,則MOS管的損耗功率遠遠比二極管的小,所以同步整流的效率會高一些 。

      ◆穩定性不足

      Mos管需要驅動電路,同步整流需要為MOS管額外添加一個控制電路,使得上下兩個MOS管能夠同步,相對于非同步,同步的控制電路相對復雜,電路越復雜,穩定性越不可靠,若邏輯出現混亂,上下管同時導通,則系統必定失效。

      三 同步與非同步的選擇

      選擇使用同步還是非同步主要從效率、成本和可靠性三個方面來考慮。

      對于較高輸出電壓,較高的占空比,非同步系統中的肖特基二極管與同步整流的下功率管的功耗都比較少,此時同步整流與非同步整流的轉換效率差異不明顯;

      而對于低輸出電壓,低占空比,大電流應用來說,采用同步整流的轉換效率相對較高。

      綜上,如果要求效率比較高而對成本和可靠性的要求不太高的話,就可以選用同步整流方案;若對效率要求不是很高,則首選非同步,其可靠性比較好。

      同步是采用導通電阻極低的專用功率MOSFET,來取代續流二極管以降低整流損耗。能大大提高DC/DC變換器的效率并且不存在由肖特基勢壘電壓而造成的死區電壓。功率MOSFET屬于電壓控制型器件,它在導通時的伏安特性呈線性關系。用功率MOSFET做整流器時,要求柵極電壓必須與被整流電壓的相位保持同步才能完成整流功能,故稱之為同步整流。

      非同步的特點:在輸出電流變化的情況下,二極管壓降相對較恒定。當續流二極管正向導通時,輸出電流變化,二極管的正向壓降是恒定不變的,鍺管的壓降為0.3V,硅管的壓降為0.7V。

      效率偏低

      因為二極管的電壓降恒定,所以當流過二極管的電流很大的時候,原本在二極管上很小的電壓再乘以電流之后,輸出的電壓很低的時候,這時候的二極管的小電壓降就占了很大的比重,它的消耗功率就很可觀了,所以在大電流的時候效率就會減低了。

      成本較低

      同等條件下,二極管的價格比MOS管會便宜。

      比較適宜較高的輸出電壓

      在輸出電壓比較高的時候使用是比較好的,因為在輸出電壓高時,二極管的正向導通壓降所占的比重就很小,對效率的影響就比較低,而且它的電路結構比較簡單,不需要外加控制電路,生產的工藝流程也會比較簡單。

      同步的特點:MOSFET具有較低的壓降

      MOSFET的導通電阻Rds(on)是非常小的,一般都為毫歐級別,所以MOSFET在導通之后的壓降比較低。

      效率更高

      在相同的條件下,一般的MOS管的導通電壓降遠遠小于普通肖特基二極管的正向導通壓降的,所以在電流不變的情況下,MOS管的損耗功率遠比二極管小,使用MOS管的效率會比使用二極管的效率會高。

      需要額外的控制電路確保死區和下管驅動信號

      MOS管需要驅動電路,使得上下兩個MOS管能夠同步,而非同步的二極管是自然整流的,所以不需要額外添加驅動控制電路。

      成本較高

      由于MOS管的價格比二極管高,同時還需要驅動電路,所以在成本上會比較高一些。

      以上就是針對開關電源的同步與非同步的介紹,實際選型就可以從各自的特點出發,根據實際情況進行選擇。


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