开关稳压器的基础-同步整流型和异步整流型的区别

DC/DC转换器的非绝缘型降压开关稳压器有前项所说明的异步整流（二极管）式和同步整流式。异步整流式是较早被使用的方式，就开关稳压器而言电路简单但效率却超过80％左右。其后，笔记本电脑等电池驱动且需要较大功率的应用开始要求更高效率，于是可获得高效率的同步整流式开关稳压器用IC被陆续开发，控制或电路极为复杂的同步整流式变得容易设计，逐渐成为主流。同步整流式最大可以获得近95%的效率。

图39和40是两种方式的电路概述和工作。

 

图39

 

图40

图41

如图所示，区别在于异步整流式于下侧开关使用二极管，而同步整流式则与S1同样为晶体管。异步整流式通过上侧晶体管的ON/OFF使电流流向或不流向二极管，对此，如前项所说。同步整流式虽然基本工作相同，但是下侧开关的ON/OFF也由控制电路进行。如果双方同时为ON，则电流将从VIN直接流向GND，故双方必须制造OFF时间，所谓停滞时间的时序等进行复杂的控制。不过，同步整流式的所以效率比异步整流式好，是因为下侧开关使用晶体管（尤其是MOSFET），大幅改善在二极管所发生的损耗，而且还可在最佳时机进行操作。

有关各方式的损耗和效率，再稍微说明一下。任何电路都通过开关流动电流，故会因开关而有损耗，以致影响效率。二极管的损耗于正向电压VF、晶体管时将变成饱和电压或ON电阻。二极管的VF通过电流増加，即使是低VF的肖特基二极管，1A时的VF也将为0.3～0.5V左右。与之相对，例如Nch-MOSFET的ON电阻极低至50mΩ左右，如果计算下降电压的话，可知1A将为50mV，远低于二极管的VF。

尤其类似从12V降压至1.5V等高降压时，下侧开关的ON时间会变长，占周期的近90%。异步整流式中，由于下侧开关为二极管，故约90%期间会伴随VF分损耗的工作，即1.5V的输出会伴随0.5V多的损耗，对效率的影响极大（参考图41）。

另一个大区别在于轻负载时会有工作。图42橘色和绿色的箭头表示轻负载时异步整流式（橘）和同步整流式（绿）的电感电流。电感电流如图所示，通过开关变成三角波。当负载电流变得非常少时，电感电流会下降至零交叉级。在此状态下，异步式为二极管只能朝一方向流动电流，因此没有如橘色波形般进入负领域的波形电流，电流波形呈具有零期间之间断状态，此称为不连续模式。同步式由于晶体管，故可逆流，使负领域电流持续，此工作称为连续模式。

图42

如果为不连续模式，则开关电压将发生振铃，高谐波噪声将被释出。同步式通过维持连续的电感电流而使稳定的工作继续。但是，反向电流由于须从输出电容器供给，故效率稍低。

整体而言须探讨电路的复杂性、成本、效率、振铃导致之高谐波噪声后进行权衡，判断哪一方式最适当后再选择。

审核编辑 黄宇