如图所示,在非隔离型开关电源类型中,非同步整流型开关电源是指高边开关使用MOSFET,而低边续流回路使用二极管(左图中的D1)的电路拓扑(只有一个开关管)。同步整流型开关电源是指高边和低边开关都使用三极管或MOSFET的电路拓扑;必须有两个开关管,分别称为High-side MOSFET(右图中的S1)和Low-side MOSFET(右图中的S2)。非同步整流型开关电源是较早使用的电源拓扑,因为电路结构和控制方式相对简单,转换效率可达 80% 。其后,随着笔记本和手机等移动终端对续航能力要求越来越高,要求更高的电源转换效率或更低的功率损耗,于是可实现 95% 转换效率的同步整流型开关电源逐渐被开发使用,但是控制方式稍微复杂。随着MOSFET技术的发展,同步降压电路的性能已经抵消了其驱动复杂性和成本差异,特别是在大电流低电压的应用场合,同步整流是首选方案。
在非同步或同步降压控制器电路中,输入电压VIN与SW节点之间的开关管,在英文中称为High-side switch / Main switch / Top switch,对应的中文常叫做“高边开关管”;SW节点与GND之间的元件是续流二极管或者开关管,该续流二极管英文中称为Freewheeling diode,该开关管在英文中称为Low-side switch / Synchronous switch / Bottom switch,对应的中文常叫做“低边开关管”。基于同步整流技术的降压转换器电路,低边开关都使用N-MOSFET,但是高边开关使用N-MOSFET和P-MOSFET两种类型都可以。更早期的开关转换器,比如LM2575IN,其高边开关使用的是NPN三极管。P-MOSFET的载流子是空穴,N-MOSFET的载流子是电子。因为空穴的迁移速率比电子更慢,导致P-MOSFET的电阻率比N-MOSFET更高;或者说是,在相同晶圆面积的情况下,P-MOSFET的导通电阻比N-MOSFET更高。所以,无论是非同步还是同步整流方式,无论是降压控制器电路还是转换器电路,主流应用中使用的都是N-MOSFET,我们会重点关注这部分降压电路的原理分析及应用电路。
|