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2019.12.25 DC/DC

补充-同步整流降压转换器工作时的电流路径

开关稳压器的基础

本文是“开关稳压器的基础”的“降压型开关稳压器的工作原理”相关的补充。在“降压型开关稳压器的工作原理”中,介绍了“降压型异步(二极管)整流式开关稳压器的电路和工作”。作为这篇文章的补充,在此介绍同步整流式降压转换器工作时的电流路径(可以说是近年来的高效率DC/DC转换器的标配)。

同步整流降压转换器工作时的电流路径

在前述文章中,以异步(二极管)整流降压转换器为例介绍了电流路径。首先需要了解的是,异步整流和同步整流在工作时的电流路径基本相同。这是因为同步整流是将异步整流的低边开关二极管变更为晶体管之后的电路方式。接下来将在这个前提下来对同步整流降压转换器的电流路径和注意事项进行解说。

■高边开关“导通”时的电流路径

  • 上图的红色线表示高边开关(实际上是MOSFET)Q1导通时转换器中流过的主要电流。
  • CBYPASS是高频用的去耦电容器,CIN是大容量电容器。
  • 高边开关Q1导通后的瞬间流过的大部分急剧的电流来自CBYPASS,次其次来自CIN
  • 变化缓和的电流来自输入电源。

■低边开关“导通”时的电流路径

  • 同步整流方式是高边和低边开关交替ON/OFF。
  • 上图的红色线表示高边开关Q1关断、低边开关Q2导通时的电流路径。
  • 输出电压Vo经由电感和输出电容器CO变得平滑。
  • 降压型转换器是在输出端串联插入电感的,因此输出电容器的电流比较平滑。

■开关电流波形下图表示开关电流波形和电感电流的波形。IHG是高边开关的电流,ILG是低边开关的电流。请对照上述说明进行确认。

电感电流IL是IHG和ILG的合成电流,输出电流IO是IL的平均值。

■开关电流和PCB布局的注意事项下图中的蓝线表示前述电流路径所示的开关ON/OFF时流过的电流的差分。

该电流具有以下特点:

  • 每当高边开关Q1从OFF向ON、从ON向OFF变化时,蓝线部分的电流会急剧变化。
  • 该系统变化急剧,因此出现含有较多高次谐波的波形。

所以,在PCB(电路板)布局时,必须注意这种差分,并根据理论进行布局。关于PCB布局,请参考设计篇的“DC/DC转换器的PCB板布局”。

关键要点:

・同步整流降压转换器工作时的电流路径,基本上与异步(二极管)整流转换器相同。

・在进行PCB布局时,需要了解电流路径和产生急剧电流变化的路径。

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