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在平常电源电路设计的过程中,我们经常会在DC-DC芯片的规格书中遇到电源的整流方式,主要有两种整流方式,其中一种是异步整流,另一种是同步整流。
那么这两种整流方式有什么不同呢?各自又有什么优缺点呢?我们又将要如何选择使用。
我们先来说什么是异步整流,什么是同步整流。
在DCDC降压电路中存在同步整流和异步整流两种工作方式,这两种方式的工作原理图如下。
(一)异步整流原理图:
二极管:具有单向导电性,硅管压降0.7v左右,锗管压降0.3v左右,肖特基管压降0.4v左右
(二)同步整流原理图:
mos管(目前只用到nmos):电压控制电阻,体现出的电阻值正反相同,用Rds(on)表示,导通电压为栅极到源极电压差Vgs(th),上管导通要求栅极电压必须高于输入电压+Vgs(th),低压nmos通常Rds(on)在5毫欧以内
从上图可以看出,异步整流和同步整流的区别,就在于同步整流采用了通态电阻极低的MOSFET管代替了二极管。相比于异步整流使用的二极管来说,同步整流大大的降低了损耗!但是价格也相对昂贵!
DC-DC电路中同步降压和异步降压的区别:
(1)异步整流和同步整流的区别,就在于同步整流采用了通态电阻极低的MOSFET管代替了二极管;
(2)异步整流损耗大,同步整流大大的降低了损耗;
(3)在轻载时,同步整流的工作状态更好,异步模式由于工作在不连续模式会产生很大的噪声;
DC-DC电路中同步降压和异步降压的联系之采用同步整流和异步整流的好处:
采用同步整流时,降低了损耗,提高了工作效率,与之对应的是芯片的价格昂贵。
异步二极管轻载时的损耗较大
如:整流电路会通过开关电流,因而会在开关处产生损耗,以至于影响效率。异步整流时,二极管的正压导通压降Vf会通过电流特别是在轻载时,二极管大部分时间会在这种状态下。即使是肖特基二极管,开关电流为1A时的VF上产生的损耗也将高达0.3~0.5W左右。与之
对应的是,通态电阻极低的MOSFET的电阻可以低至50mΩ左右,如果计算产生的损耗的话,也仅仅是0.05W而已。
在轻载时,同步整流的工作状态更好,异步模式由于工作在不连续模式会产生很大的噪声!
同步整流异步整流在轻载工作时的状态
当负载较轻时,负载电流会很小,甚至会下降至零交叉级。在此状态下,
(1)异步整流方式,二极管会呈现断续工作,电流只能朝一个方向流动。此时的二极管的损耗反而降低了。但是由于工作在不连续模式,开关电压将发生振铃,产生高谐波噪声。
(2)而同步整流模式下,在MOSFET导通的情况下,电流会有两个方向的流动,此时的同步整流模式工作在连续模式,损耗不会减小,但是开关电压不会产生振铃。
DC-DC降压电路设计中同步降压和异步降压的选择注意事情:
我们在DC-DC降压电路设计中同步降压和异步降压选择,
(1)如果需要成本最低的解决方案,并且可以同时接受较低的效率和较高的热负载,则异步降压方案可能是首选。
(2)另一方面,如果优先考虑效率并希望采用发热更少的运行方案,那么成本更高的同步降压转换器通常是更优的选择。
因此在DC-DC电路设计中是选择异步还是同步降压转换器时,就需要在成本和效率之间进行权衡,从而选择合适的模式。