開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓器的基礎(chǔ)-同步整流降壓轉(zhuǎn)換器工作時(shí)的電流路徑

本文是“開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓器的基礎(chǔ)”的“降壓型開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓器的工作原理”相關(guān)的補(bǔ)充。在“降壓型開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓器的工作原理”中，介紹了“降壓型異步（二極管）整流式開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓器的電路和工作”。作為這篇文章的補(bǔ)充，在此介紹同步整流式降壓轉(zhuǎn)換器工作時(shí)的電流路徑（可以說(shuō)是近年來(lái)的高效率DC/DC轉(zhuǎn)換器的標(biāo)配）。

同步整流降壓轉(zhuǎn)換器工作時(shí)的電流路徑

在前述文章中，以異步（二極管）整流降壓轉(zhuǎn)換器為例介紹了電流路徑。首先需要了解的是，異步整流和同步整流在工作時(shí)的電流路徑基本相同。這是因?yàn)橥秸魇菍惒秸鞯牡瓦?a target="_blank">開(kāi)關(guān)二極管變更為晶體管之后的電路方式。接下來(lái)將在這個(gè)前提下來(lái)對(duì)同步整流降壓轉(zhuǎn)換器的電流路徑和注意事項(xiàng)進(jìn)行解說(shuō)。

■高邊開(kāi)關(guān)“導(dǎo)通”時(shí)的電流路徑

• 上圖的紅色線表示高邊開(kāi)關(guān)（實(shí)際上是MOSFET）Q1導(dǎo)通時(shí)轉(zhuǎn)換器中流過(guò)的主要電流。
• C_BYPASS是高頻用的去耦電容器，C_IN是大容量電容器。
• 高邊開(kāi)關(guān)Q1導(dǎo)通后的瞬間流過(guò)的大部分急劇的電流來(lái)自C_BYPASS，次其次來(lái)自C_IN。
• 變化緩和的電流來(lái)自輸入電源。

■低邊開(kāi)關(guān)“導(dǎo)通”時(shí)的電流路徑

• 同步整流方式是高邊和低邊開(kāi)關(guān)交替ON/OFF。
• 上圖的紅色線表示高邊開(kāi)關(guān)Q1關(guān)斷、低邊開(kāi)關(guān)Q2導(dǎo)通時(shí)的電流路徑。
• 輸出電壓Vo經(jīng)由電感和輸出電容器CO變得平滑。
• 降壓型轉(zhuǎn)換器是在輸出端串聯(lián)插入電感的，因此輸出電容器的電流比較平滑。

■開(kāi)關(guān)電流波形下圖表示開(kāi)關(guān)電流波形和電感電流的波形。I_HG是高邊開(kāi)關(guān)的電流，I_LG是低邊開(kāi)關(guān)的電流。請(qǐng)對(duì)照上述說(shuō)明進(jìn)行確認(rèn)。

電感電流I_L是I_HG和I_LG的合成電流，輸出電流I_O是I_L的平均值。

■開(kāi)關(guān)電流和PCB布局的注意事項(xiàng)下圖中的藍(lán)線表示前述電流路徑所示的開(kāi)關(guān)ON/OFF時(shí)流過(guò)的電流的差分。

該電流具有以下特點(diǎn)：

• 每當(dāng)高邊開(kāi)關(guān)Q1從OFF向ON、從ON向OFF變化時(shí)，藍(lán)線部分的電流會(huì)急劇變化。
• 該系統(tǒng)變化急劇，因此出現(xiàn)含有較多高次諧波的波形。

所以，在PCB（電路板）布局時(shí)，必須注意這種差分，并根據(jù)理論進(jìn)行布局。關(guān)于PCB布局，請(qǐng)參考設(shè)計(jì)篇的“DC/DC轉(zhuǎn)換器的PCB板布局”。

審核編輯：湯梓紅