图1是一个简单的同步降压转换器,用于演示输出电感中连续和非连续电流的负载瞬态响应。在低至空载的负载状态下,输出电感电流都一直保持连续,因为同步整流器允许电感电流在轻负载状态下反向流动。只需用一个二极管替换底部FET (Q2),电路便可转为非连续。尽管本文介绍的是降压拓扑结构的区别,但您会注意到所有电源拓扑都有类似的响应。
图1 用于演示瞬态响应的简单降压转换器
图2显示了输出电流700mA阶跃变化的两个瞬态负载响应。左边的线迹为连续情况,而右边的线迹则为非连续情况。在非连续情况下,瞬态响应比连续情况差了三倍多。同步 FET 用于强制连续运行。但是,也有一些获得较好瞬态响应的其他方法,包括预加载输出或者使用摆动电感等。摆动电感用于在低电流时增加电感。这个目标的实现,主要是通过两种磁心材料:低电流饱和高铁氧体,以及低电流不饱和粉末铁氧体。
图2 同步运行(左)具有最佳瞬态响应
非连续运行期间,瞬态响应较差的原因是环路特性急剧变化,如图3所示。左边的曲线显示了连续运行期间的环路增益。控制环路具有50kHz的带宽,相补角为60度。右边的曲线为功率级转为非连续时的响应情况。功率级从连续运行期间的一对复极,变为非连续运行期间的一个单低频实极点。该极点的频率由输出电容器和负载电阻器决定。相比连续情况,您可以看到低频率下低频极点引起的相移过程。低频率下,增益急剧下降,原因是极点导致更低的交叉频率,从而降低了瞬态响应。
图3 大量环路增益在非连续运行(右边)中损失
总之,同步整流可提高效率,同时也能够极大地帮助瞬态负载调节。它为电源预加载提供了一种高效的方法。另外,相比摆动电感,它还拥有更加稳定的控制环路特性。它提高了传统降压转换器,以及所有其他能够使用同步整流的拓扑结构的动态性。