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DC/DC

開關式穩壓器的特性和評估方法

開關式穩壓器的基本:同步式和非同步式的不同

繼開關式穩壓器的種類和運作原理之後,接著要說明所謂同步整流式和非同步整流式DC/DC轉換器變換方式的不同。由於各自有優缺點,故依電源的要求規格區分使用是一大重點。

電路構造上的不同如下圖,不同點在於開關2是二極體或電晶體。

非同步整流亦稱為二極體整流,二極體藉由上側電晶體的ON/OFF進行導通/遮斷,也就是電流的流動或不流動,這在運作原理之處業已説明。非同步式為簡單且牢固的方式,在産業機器等中有極高的實績。

另一方面,同步整流雖然基本運作相同,不過下側開關的ON/OFF亦由控制電路進行。若兩方同時為ON,則電流會直接從Vin流向GND使電晶體有破壞的可能性,因此兩方務必製造所謂dead time的OFF時機等進行複雜的控制。不過有跡可尋的是,同步整流式的效率比非同步式高,對於延長電池驅動機器的運作時間有極大貢獻。

  1. S1為ON時S2設為OFF
  2. S1為OFF時S2設為ON
  3. 電流路徑與非同步型同,但S2之ON/OFF由控制電路進行
  4. 下段電路在實際電路中S1、S2皆使用電晶體
  • 高效率
  • 電路比非同步式複雜

2D_non-sync

  1. S1為ON時電流不流向D1(遮斷)
  2. S1為OFF時電流順向流向D1(導通)
  3. 下段電路在實際電路中S1使用電晶體、D1使用蕭特基二極體
  • 效率比同步式差
  • 電路比較簡單

同步整流式之所以效率高,原因在於將非同步整流式之二極體置換成電晶體,故可以將輸出段開關的損失壓低。眾所皆知,二極體的VF會因電流而改變,不過即使VF為低蕭特基亦有 0.3~0.5V。相對的,例如Nch-MOSFET的ON電阻極低至50mΩ,若計算電壓下降的話則將遠比二極體之VF來得低。

有關「開關式穩壓器的特性和評估方法」這個主題,了解DC/DC變換運作因方式而不同及其特徴非常重要。

重點:

・同步整流式雖然可以獲得高效率,但是零件數比非同步式稍多,電路也複雜。

・非同步式雖然效率比同步式差,但是電路比較簡單。


開關調節器的特性及驗證方法