同步vs.非同步DC/DC转换

上图中所示的二极管是操作功率转换器中最常见类型的稳压电路的关键。它们提供了电力调节器的核心功能:整流。该动作将振荡电流(或开关电流)转换为具有一定纹波的直流电流，然后可以将其滤波并提供给系统中的负载组件。使用二极管作为整流元件的开关稳压器称为非同步转换器。

虽然典型的介绍性电路图和开关稳压器的讨论主要集中在非同步转换器上，但它们通常不用于开关稳压器ic或由离散组件构建的系统中。另一种类型的开关稳压器是同步稳压器，它使用晶体管作为开关节点低侧的整流元件。除了使用二极管和晶体管之外，这些系统在操作方面有何不同?我们将在本文中讨论这个问题。

两种电压调节电路

下图显示了两种类型的功率调节器电路:同步降压转换器和非同步降压转换器。请注意，其他拓扑结构，如buck-boost、boost、反激等，只需将系统中的任何整流元件替换为晶体管，就可以构造为同步转换器。

同步和非同步降压转换器电路。

当两个mosfet被放置在同步转换器中时，它们都需要用开关PWM脉冲来驱动。发送到高侧和低侧的脉冲场效电晶体在转换器的每个周期中是交替的(它们在交替的时间是ON和OFF)。这将导致同步变换器中驱动脉冲的时间窗口与非同步变换器中二极管的正向偏置窗口相匹配。这意味着在非同步变换器中发现的相同占空比关系可以应用于同步变换器。

同步与非同步操作

显然，这两种类型的电路非常相似，那么它们在性能和操作特性方面有什么不同呢?下表强调了每种类型转换器在几个重要操作领域的差异。

	同步	非同步的
效率	最佳运行时更高(~95%)	最佳运行时降低(~80%)
决定效率的因素	MOSFET ON-state电阻 开关波形重叠(死时间)	二极管正向电压
最强的响	在交换节点观察	在输出处观察不连续模式
低负荷运行	可以在不连续模式吗	可以在不连续模式吗

同步操作切换

同步操作模式包括在高侧晶体管关闭时将低侧晶体管打开，反之亦然。系统的占空比将决定降压或升压比，即高侧MOSFET占空比。

在同步运行中，非同步变流器成功运行的要点也适用于此。然而，在两个转换器之间切换需要强制执行一些死区时间，否则在ON状态从高侧切换到低侧时将会出现瞬时短路。这是因为开关波形不会在HIGH和LOW状态之间瞬间切换。相反，边缘速率可以略有重叠。这些转换器的典型波形如下所示。

同步转换器中的开关波形和电感电流示例。

模拟开关稳压器的资源

在SPICE中模拟开关稳压器时，稳压器必须具有正确的模型，以准确捕捉组件的电学行为。对于非同步变换器中的二极管，模型中必须包括在模拟中的主要点是二极管的正向电压，这将限制变换器的效率到某个最大值。虽然这是您可以在数据表中找到的东西，但您通常可以在SPICE模拟器中的通用二极管模型中调整此值。

对于同步变换器，需要有完整的仿真MOSFET模型准确地捕捉了三个重要的量:

• 门电容
• Source-drain电容
• 开态电阻

模拟将需要包括这些MOSFET特性，以便充分捕捉开关动作对开关节点振铃的影响，当变换器处于连续模式时。在开关节点处的电压探头可以观察到这种振铃现象瞬态分析模拟。最终，这些模拟的目标是确定工作模式和转换效率，以及将传导到负载的任何噪声。

当您准备比较系统的同步和非同步DC/DC转换器时，您可以使用中的仿真工具设计和模拟电路PSpice软件从节奏。PSpice用户可以访问功能强大的SPICE模拟器以及专业设计功能，如模型创建、绘图和分析工具等等。

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