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  • 同步buck电路原理图(使用mos540)
  • BUCK同步整流

    千次阅读 2018-09-28 20:03:20
    由图一可以看到buck电路的损耗除了电感内阻、以及开关管SW的损耗(开关损耗、导通损耗)外还有二极管存在一定的损耗,在电压输入输出电压较大的情况下可以暂时不进行考虑,但是在低电压场合,如输出1.8V的情况下,...

     

                             图一:buck电路

    开关电源相对于LDO来说具有输出电流大以及效率高等优点。由图一可以看到buck电路的损耗除了电感内阻、以及开关管SW的损耗(开关损耗、导通损耗)外还有二极管存在一定的损耗,在电压输入输出电压较大的情况下可以暂时不进行考虑,但是在低电压场合,如输出1.8V的情况下,二极管的导通压降(0.6V)导致的损耗会导致输出电源转化效率急剧下降,就不能进行忽略二极管的损耗(即使是使用肖特基也不能忽略)。为解决这个问题,使用buck同步整流技术将是一个很好的解决办法。

                           图二:buck同步整流

    在图二buck同步整流电路中VT与SR需要一相同的频率信号以互补的方式进行驱动,保证在VT导通时SR截止,VT截止时SR导通。

    把MOS管当做开关管使用时,漏极接电源正端,源级接电源负端,在栅极的驱动信号作用下导通时,电流由漏极流向源级。而将MOS管作为同步整流管使用时,将MOS管反接使用,使得导通时电流由源级流向漏极。

     

                                   图三: MOS等效

    MOS管可以等效为二极管,由图三所示,其可以等效为左边的二极管也可以等效为右边的二极管,如果等效为左边的二极管结合图二中的SR可以看到当管子导通时电流从其漏极流向源级,当管子截止时电流可以从其体内二极管流过,使得无论管子SR导通与否都有电流流过。将其等效为右边的二极管时则可以在VT导通时使SR有效截止,在VT截止时使SR导通。PS:由于MOS的导电原理是单一N型半导体导电,所以是电阻导电性质,使得其电流能够从其源级流到其漏极

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    编排 | 电子电路

    来源 | 上海芯龙半导体技术股份有限公司

    开关电源是通过功率管打开时给电感充电,电感储能;功率管断开时,电感释放能量,从而实现电压变换。

    在功率管断开时,电感释放能量需要电流回路,续流元器件的选用不同,就会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别呢?

    区分同步与非同步

    01

    非同步

    以BUCK电路为例,若电路中只有一个MOS管(功率管),而在续流回路中采用的是整流二极管(二极管具有单向导电性,不需要外加电路控制其通断),则该电路就是非同步的,因为它只有一个 mos管(或者说开关管)需要用电路控制,续流二极管不需要控制电路,也就不用去强调同步控制二极管(D1),即可以理解为非同步,非同步电路如图1

    图一

    02

    同步

    若在电路中续流回路中使用的也是MOS管(Q2),即上下管都是MOS管,因为MOS管本身是需要外控制的元器件,整流过程中必须根据电源的开关时序同步控制Q1与Q2,所以该电路为同步,同步电路如图2所示:

    图二

     

    同步是采用通态电阻极低的功率 MOS管,来取代整流二极管以降低整流损耗的一项新技术;它能大大提高 DC/DC 变换器的效率。

    功率 MOS管属于电压控制型器件,且它在导通时的伏安特性呈线性关系。用功率 MOS管做整流器时,要求栅极电压必须与被整流电压的相位保持同步才能完成整流功能,故称之为同步整流。

    同步、非同步的优缺点

    01

    非同步的优缺点

    ◆稳定性高

    由于肖特基二极管被动导通,不会存在同步整理电路中上下管同时导通的情况,所以其稳定性同比要高于同步整理电路。

    ◆效率低

    当流过肖特基二极管的电流较大时,续流电流在二极管上产生的电压比较大(0.5V左右),当输出的电压很低的时候,二极管的电压降就占了很大的比重,它消耗的功率相对较大,所以在大电流,小电压输出时候效率偏低。

    02

    同步的优缺点

    ◆效率较高

    一般MOS管的内阻非常小,在流过相同电流条件下,其导通电压降远远小于普通肖特基二极管的正向导通压降,则MOS管的损耗功率远远比二极管的小,所以同步整流的效率会高一些 。

    ◆稳定性不足

    Mos管需要驱动电路,同步整流需要为MOS管额外添加一个控制电路,使得上下两个MOS管能够同步,相对于非同步,同步的控制电路相对复杂,电路越复杂,稳定性越不可靠,若逻辑出现混乱,上下管同时导通,则系统必定失效。

    同步与非同步的选择

    选择使用同步还是非同步主要从效率、成本和可靠性三个方面来考虑。

    对于较高输出电压,较高的占空比,非同步系统中的肖特基二极管与同步整流的下功率管的功耗都比较少,此时同步整流与非同步整流的转换效率差异不明显;

    而对于低输出电压,低占空比,大电流应用来说,采用同步整流的转换效率相对较高。

    综上,如果要求效率比较高而对成本和可靠性的要求不太高的话,就可以选用同步整流方案;若对效率要求不是很高,则首选非同步,其可靠性比较好。

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    1.前言

    有人突然问我一个专业问题,我以为我知道,结果并没有,尴尬。不过我也挺喜欢别人问我问题的,因为我就又弥补一个知识短板。

    2. 产生原因

    sw负压问题,最开始我看成了,逆流问题,其实并不是。
    下面是buck同步整流的实际等效模型,包括很多寄生电感,比如器件的引线电感,布线的寄生电感等。
    在这里插入图片描述
    负压产生的原因是:当上管关断下管导通的过程中,由于输出电感电流不能突变的特性 ,上管电流减小,下管电流增加,下管回路的寄生电感会感应出下正上负的电压,下为0,所以上也就是开关节点为负压。注意这里,下管没驱动的时候,走体二极管。
    那这个感应电压与Ldi/dt,即寄生电感的大小有关,电流的变化率有关,即开关频率有关。

    在这里插入图片描述
    当然在测试时,注意探头的影响,以最小环路测试。

    3. 影响

    那产生这个负压有什么影响呢?

    1. 上管因为过压而损坏
      因为关断时,上管D端为电源,S端为负,导致DS两端的电压过高,而损坏器件。
    2. 上下管直通
      开关节点SW的电压为负,上管在关断时,Vgs可能因为s负的太多,导致上管导通,导致上下管直通,产生过流损坏管子。

    4.解决方法

    1. 降低上管的关断速度
    • 驱动串电阻
    • 上管自举驱动电路VB和CB之间外加串联电阻
    • 增加上管源极外部串联的PCB引线电感
    1. IC的SW管脚和开关节点之间串联电阻
      在这里插入图片描述
      注意RSW放在CB电容的左边,可以不影响开通速度,放在右边会影响。
    2. IC的地端串联电阻
      PWM或驱动IC的地端与输入电容的地端串联电阻,同样可以降低负压电流,实际应用中,不推荐这种方式。
    3. IC的SW管脚和地之间并联稳压管

    5.buck同步整流逆流问题

    一般在轻载电流降为0的时候,同步整流续流管开通时,会有负向电流流过输出电感。

    5.1 产生原因

    轻载时,在DCM模式,续流管导通时,sw的电压为0,电流为0,由于输出电压比sw电压高,电容放电,电感流负的电流。
    当续流管关断后,DS两端电压增加,增加到等于输出电压时,反向电流不再增加,借助mos的Coss释放反向能量,DS间产生很高的电压尖峰。

    5.2 影响

    • 轻载时,效率低,因为一直有电流流过续流管

    5.3 解决方案

    • 采用专门的IC,出现逆流时,关断mos
    • 增大输出电感,减小逆流时间
    • 续流管增加有源快速关断电路,出现电流为零时,关断续流mos。

    参考文献
    《轻载下不存在电流倒灌现象的正激同步整流电路研究》

    展开全文
  • UC3843+2104同步整流

    千次阅读 2019-05-02 11:31:14
    第一次发博客,最近在准备大学生电子设计竞赛,就发一篇关于buck同步整流的吧! 应用UC3843电压模式和IR2104,闭环反馈后输入16~30V,输出12V, 负载电流从0.1A到1A,调整率1% 电压调整率有4% 效率1A下有90% 纹波30mv,...

    这里写自定义目录标题


    第一次发博客,最近在准备大学生电子设计竞赛,就发一篇关于buck同步整流的吧!
    应用UC3843电压模式和IR2104,闭环反馈后输入16~30V,输出12V,
    负载电流从0.1A到1A,调整率1%
    电压调整率有4%
    效率1A下有90%
    纹波30mv,采用并联单点接地,准备重新打一下板子,这次信号地和功率地之间加一个磁珠试试。
    在这里插入图片描述

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空空如也

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同步整流buck