DC-DC｜基礎篇

補充－同步整流降壓轉換器工作時的電流路徑

2020.08.19

重點

・同步整流降壓轉換器工作時的電流路徑，基本上與非同步（二極體）整流轉換器相同。

・在進行PCB佈局時，需要瞭解電流路徑和產生急劇電流變化的路徑。

本文是“開關式穩壓器的基礎”的“降壓型開關式穩壓器的工作原理”相關的補充。在“降壓型開關式穩壓器的工作原理”中，介紹了“降壓型非同步（二極體）整流開關式穩壓器的電路和工作”。作為這篇文章的補充，在此介紹同步整流式降壓轉換器工作時的電流路徑（可以說是近年來的高效率DC-DC轉換器的標配）。

同步整流降壓轉換器工作時的電流路徑

在前述文章中，以非同步（二極體）整流降壓轉換器為例介紹了電流路徑。首先需要瞭解的是，非同步整流和同步整流在工作時的電流路徑基本相同。這是因為同步整流是將非同步整流的低側切換二極體變更為電晶體之後的電路方式。接下來將在這個前提下來對同步整流降壓轉換器的電流路徑和注意事項進行解說。

■高側切換“導通”時的電流路徑

  • 上圖的紅色線表示高側切換（實際上是MOSFET）Q1導通時轉換器中流過的主要電流。
  • CBYPASS是高頻用的去耦電容，CIN是大容量電容。
  • 高側切換Q1導通後的瞬間流過的大部分急劇的電流來自CBYPASS，次其次來自CIN。
  • 變化緩和的電流來自輸入電源。

■低側切換“導通”時的電流路徑

  • 同步整流方式是高側和低側切換交替ON/OFF。
  • 上圖的紅色線表示高側切換Q1關斷、低側切換Q2導通時的電流路徑。
  • 輸出電壓Vo經由電感和輸出電容CO變得平滑。
  • 降壓型轉換器是在輸出端串聯插入電感的，因此輸出電容的電流比較平滑。

■切換電流波形
下圖表示切換電流波形和電感電流的波形。IHG是高側切換的電流，ILG是低側切換的電流。請對照上述說明進行確認。

電感電流IL是IHG和ILG的合成電流，輸出電流IO是IL的平均值。

■切換電流和PCB佈局的注意事項
下圖中的藍線表示前述電流路徑所示的切換ON/OFF時流過的電流的差分。

該電流具有以下特點：

  • 每當高側切換Q1從OFF向ON、從ON向OFF變化時，藍線部分的電流會急劇變化。
  • 該系統變化急劇，因此出現含有較多高次諧波的波形。

所以，在PCB（電路板）佈局時，必須注意這種差分，並根據理論進行佈局。關於PCB佈局，請參考設計篇的“DC-DC轉換器的PCB板佈局”。

【下載資料】 開關穩壓器基礎

本資料以降壓型開關穩壓器為主題，不僅涵蓋了其工作原理及功能等基礎知識，還一併說明了與線性穩壓器的比較、同步整流與二極體整流、控制方式、輔助功能等。

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