開(kāi)關(guān)電源中同步與非同步詳解

開(kāi)關(guān)電源是通過(guò)功率管打開(kāi)時(shí)給電感充電，電感儲(chǔ)能;功率管斷開(kāi)時(shí)，電感釋放能量，從而實(shí)現(xiàn)電壓變換。

在功率管斷開(kāi)時(shí)，電感釋放能量需要電流回路，續(xù)流元器件的選用不同，就會(huì)涉及到不同的整流方式，即同步整流和非同步整流。

那么同步整流和非同步整流到底有什么差別呢?

一區(qū)分同步與非同步

01非同步

以BUCK電路為例，若電路中只有一個(gè)MOS管(功率管)，而在續(xù)流回路中采用的是整流二極管(二極管具有單向?qū)щ娦?，不需要外加電路控制其通?，則該電路就是非同步的，因?yàn)樗挥幸粋€(gè) mos管(或者說(shuō)開(kāi)關(guān)管)需要用電路控制，續(xù)流二極管不需要控制電路，也就不用去強(qiáng)調(diào)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。

圖一

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02同步

若在電路中續(xù)流回路中使用的也是MOS管(Q2)，即上下管都是MOS管，因?yàn)镸OS管本身是需要外控制的元器件，整流過(guò)程中必須根據(jù)電源的開(kāi)關(guān)時(shí)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：

圖二

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同步是采用通態(tài)電阻極低的功率 MOS管，來(lái)取代整流二極管以降低整流損耗的一項(xiàng)新技術(shù);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(dǎo)通時(shí)的伏安特性呈線性關(guān)系。用功率 MOS管做整流器時(shí)，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(yōu)缺點(diǎn)

01非同步的優(yōu)缺點(diǎn)

◆穩(wěn)定性高

由于肖特基二極管被動(dòng)導(dǎo)通，不會(huì)存在同步整理電路中上下管同時(shí)導(dǎo)通的情況，所以其穩(wěn)定性同比要高于同步整理電路。

◆效率低

當(dāng)流過(guò)肖特基二極管的電流較大時(shí)，續(xù)流電流在二極管上產(chǎn)生的電壓比較大(0.5V左右)，當(dāng)輸出的電壓很低的時(shí)候，二極管的電壓降就占了很大的比重，它消耗的功率相對(duì)較大，所以在大電流，小電壓輸出時(shí)候效率偏低。

02同步的優(yōu)缺點(diǎn)

◆效率較高

一般MOS管的內(nèi)阻非常小，在流過(guò)相同電流條件下，其導(dǎo)通電壓降遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于普通肖特基二極管的正向?qū)▔航担瑒tMOS管的損耗功率遠(yuǎn)遠(yuǎn)比二極管的小，所以同步整流的效率會(huì)高一些 。

◆穩(wěn)定性不足

Mos管需要驅(qū)動(dòng)電路，同步整流需要為MOS管額外添加一個(gè)控制電路，使得上下兩個(gè)MOS管能夠同步，相對(duì)于非同步，同步的控制電路相對(duì)復(fù)雜，電路越復(fù)雜，穩(wěn)定性越不可靠，若邏輯出現(xiàn)混亂，上下管同時(shí)導(dǎo)通，則系統(tǒng)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(gè)方面來(lái)考慮。

對(duì)于較高輸出電壓，較高的占空比，非同步系統(tǒng)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(shí)同步整流與非同步整流的轉(zhuǎn)換效率差異不明顯。

而對(duì)于低輸出電壓，低占空比，大電流應(yīng)用來(lái)說(shuō)，采用同步整流的轉(zhuǎn)換效率相對(duì)較高。

綜上，如果要求效率比較高而對(duì)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(duì)效率要求不是很高，則首選非同步，其可靠性比較好。

審核編輯：湯梓紅