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      6. 使用MOSFET與額外的肖特基二極管減少干擾解析
        • 發(fā)布時間:2022-04-04 12:44:45
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        使用MOSFET與額外的肖特基二極管減少干擾解析
        在負載點(POL)降壓轉(zhuǎn)換器領(lǐng)域,同步變化的高邊和低邊有源開關(guān)已被廣泛使用。圖1顯示了具有理想開關(guān)的此類電路。
        與使用無源肖特基二極管作為低邊開關(guān)的架構(gòu)相比,此類開關(guān)穩(wěn)壓器具有多項優(yōu)勢。主要優(yōu)勢是電壓轉(zhuǎn)換效率更高,因為與采用無源二極管的情況相比,低端開關(guān)承載電流時的壓降更低。
        但是,與異步開關(guān)穩(wěn)壓器相比,同步降壓轉(zhuǎn)換器會產(chǎn)生更大的干擾。如果圖1中的兩個理想開關(guān)同時導(dǎo)通,即使時間很短,也會發(fā)生從輸入電壓到地的短路。這會損壞開關(guān)。必須確保兩個開關(guān)永遠不會同時導(dǎo)通。
        因此,出于安全考慮,需要在一定時間內(nèi)保持兩個開關(guān)都斷開。這個時間稱為開關(guān)穩(wěn)壓器的死區(qū)時間。但是,從開關(guān)節(jié)點到輸出電壓連接了一個載流電感(L1)。通過電感的電流永遠不會發(fā)生瞬間變化。電流會連續(xù)增加和減少,但它永遠不會跳變。
        因此,在死區(qū)時間內(nèi)會產(chǎn)生問題。所有電流路徑在開關(guān)節(jié)點側(cè)中斷。采用圖1所示的理想開關(guān),在死區(qū)時間內(nèi)會在開關(guān)節(jié)點處產(chǎn)生負無窮大的電壓。在實際開關(guān)中,電壓負值將變得越來越大,直到兩個開關(guān)中的一個被擊穿并允許電流通過。
        MOSFET 肖特基二極管
        圖1.用于降壓轉(zhuǎn)換、采用理想開關(guān)的同步開關(guān)穩(wěn)壓器。
        大多數(shù)開關(guān)穩(wěn)壓器使用N溝道MOSFET作為有源開關(guān)。這些開關(guān)針對上述情況具有非常有優(yōu)勢的特性。除了具有本身的開關(guān)功能外,MOSFET還具有所謂的體二極管。半導(dǎo)體的源極和漏極之間存在一個P-N結(jié)。
        在圖2中,插入了具有相應(yīng)P-N結(jié)的MOSFET。由此,即使在死區(qū)時間內(nèi),開關(guān)節(jié)點的電壓也不會下降到負無窮大,而是通過低端MOSFET中的P-N結(jié)(如紅色所示)承載電流,直到死區(qū)時間結(jié)束并且低端MOSFET導(dǎo)通為止。
        MOSFET 肖特基二極管
        圖2.用于降壓轉(zhuǎn)換的同步開關(guān)穩(wěn)壓器,采用N溝道MOSFET和額外的肖特基二極管,可最大限度地減少干擾。
        相應(yīng)MOSFET中的體二極管有一個主要缺點。由于反向恢復(fù)現(xiàn)象,其開關(guān)速度非常低。在反向恢復(fù)時間內(nèi),電感(L1)導(dǎo)致開關(guān)節(jié)點處的電壓下降到比地電壓低幾伏。
        開關(guān)節(jié)點處的這些陡峭的負電壓峰值會導(dǎo)致干擾,此干擾會被容性耦合到其他電路段。通過插入額外的肖特基二極管可以最大限度地減少這種干擾,如圖2所示。
        與低端MOSFET中的體二極管不同,它不會產(chǎn)生反向恢復(fù)時間,并且在死區(qū)時間開始時能非常快速地吸收電流。這可減緩開關(guān)節(jié)點處的電壓陡降。可減少由于耦合效應(yīng)而產(chǎn)生并分布到電路上的干擾。
        肖特基二極管可以設(shè)計得非常緊湊,因為它僅在死區(qū)時間內(nèi)短時間承載電流。因此,其溫升不會過高,可以放置在小尺寸、低成本的產(chǎn)品外殼中。
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