AC-DC降壓芯片至關(guān)重要的“四大天王”

AC/DC電源適配器供電電的系統(tǒng)中，輸入電壓電壓通常高于230V，但輸出電壓通常不高于4.2V（單同/8.4V（雙瞳）， AC-DC使用在在藍(lán)牙音箱、電池檢測(cè)、高亮手電筒、USB Type-C PD、大尺寸面板門級(jí)驅(qū)動(dòng)等場(chǎng)合，則需要高達(dá)9V或12V及以上的輸出電壓，遠(yuǎn)低于電源輸入電壓。因此，需要AC-DC降壓轉(zhuǎn)換器提供數(shù)倍于輸出的輸輸入電壓，以滿足這些系統(tǒng)中各種各樣的電路和功能的需要。

現(xiàn)在市場(chǎng)上的AC-DC電源IC芯片分為原邊驅(qū)動(dòng)和副邊驅(qū)動(dòng)。

在AC-DC電源驅(qū)動(dòng)的降壓模式中，根據(jù)模式轉(zhuǎn)換，會(huì)將AC-DC電源卡驅(qū)動(dòng)模式轉(zhuǎn)換為DC-DC降壓模式。同時(shí)DC-DC降壓模式又分為同步降壓和異步降壓

同步降壓和異步降壓的優(yōu)勢(shì)就是擁有更快的導(dǎo)通速度、和更小的導(dǎo)通壓降，因而效率回更高。同步降壓無須外圍的二級(jí)管，二級(jí)管因?yàn)橛泄潭ǖ膶?dǎo)通電壓存在，在越大的輸出電壓的時(shí)候，二級(jí)管上的功耗損失會(huì)越大。同步模式可以用外部的周期信號(hào)控制DC-DC震蕩頻率的工作方式，可以減少對(duì)數(shù)字電路的干擾。

DC/DC轉(zhuǎn)換器的非絕緣型降壓開關(guān)穩(wěn)壓器有異步整流（二極管）式和同步整流式兩種。

1.異步整流式是較早使用的方式，就開關(guān)穩(wěn)壓器而言電路簡(jiǎn)單但效率卻超過80％左右。

異步整流式于下側(cè)開關(guān)使用二極管，異步整流式通過上側(cè)晶體管的ON/OFF使電流流向或不流向二極管。

2.高效率的同步整流式開關(guān)穩(wěn)壓器用IC被陸續(xù)開發(fā)，控制或電路極為復(fù)雜的同步整流式變得容易設(shè)計(jì)，逐漸成為主流。同步整流式最大可以獲得近95%的效率。

1）同步整流與異步整流區(qū)別在于異步整流式于下側(cè)開關(guān)使用二極管，而同步整流式則與S1同樣為晶體管。同步整流式雖然基本工作與異步整流相同，但是下側(cè)開關(guān)的ON/OFF也由控制電路進(jìn)行。如果雙方同時(shí)為ON，則電流將從VIN直接流向GND，故雙方必須制造OFF時(shí)間，所謂停滯時(shí)間的時(shí)序等進(jìn)行復(fù)雜的控制。同步整流式的效率之所以比異步整流式好，是因?yàn)橄聜?cè)開關(guān)使用晶體管（尤其是MOSFET）。

2）另一個(gè)大區(qū)別在于輕負(fù)載時(shí)的工作狀態(tài)。上圖中橘色和綠色的箭頭分別表示輕負(fù)載時(shí)異步整流式（橘）和同步整流式（綠）的電感電流。電感電流如上圖所示，通過開關(guān)變成三角波。當(dāng)負(fù)載電流變得非常少時(shí)，電感電流會(huì)下降至零交叉級(jí)。在此狀態(tài)下，異步式為二極管只能朝一方向流動(dòng)電流，因此沒有如橘色波形般進(jìn)入負(fù)領(lǐng)域的波形電流，電流波形呈具有零周期之間斷狀態(tài)，此稱為不連續(xù)模式。同步式由于晶體管，故可逆流，使負(fù)領(lǐng)域電流持續(xù)，此稱為連續(xù)模式。

3.損耗與效率

任何電路都通過開關(guān)流動(dòng)電流，故此會(huì)因?yàn)殚_關(guān)而有損耗，以致影響效率。二極管的VF通過電流増加，即使是低VF的肖特基二極管，1A時(shí)的VF也將為0.3～0.5V左右。與之相對(duì)，例如Nch-MOSFET的ON電阻極低，低至50mΩ左右，如果計(jì)算下降電壓的話，可知1A時(shí)Nch-MOSFET將為50mV，遠(yuǎn)低于二極管的VF。

如果為不連續(xù)模式，則開關(guān)電壓將發(fā)生振鈴，高諧波噪聲將被釋出。同步式通過維持連續(xù)的電感電流而使穩(wěn)定的工作繼續(xù)。但是，反向電流由于須從輸出電容器供給，故效率稍低。

總結(jié)來說，同步整流型和異步整流型都很具有代表性，應(yīng)用廣泛。整體而言，電源設(shè)計(jì)工程師須先行探討電路的復(fù)雜性、成本、效率、振鈴導(dǎo)致的高諧波噪聲，然后根據(jù)自己的需求進(jìn)行權(quán)衡，來判斷哪一方式最適合選擇。