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使用额外的肖特基二极管以减少干扰

在负载点(POL)降压转换器领域,同步高端和低端有源开关已被广泛使用。图1显示了具有理想开关的这种类型的电路。
与使用无源肖特基二极管作为低侧开关的体系结构相比,这种类型的开关调节器具有多个优点。主要优点是更高的电压转换效率,因为与无源二极管相比,低端开关在承载电流时承载的电压降更低。
但是,与异步开关稳压器相比,同步降压转换器会产生更大的干扰。如果同时打开图1中的两个理想开关,即使时间很短,也会发生从输入电压到地的短路。
这会损坏开关。必须确保两个开关永远不会同时打开。
因此,出于安全原因,有必要将两个开关都保持关闭一段时间。该时间称为开关调节器的停滞时间。
但是,载流电感器(L1)从开关节点连接到输出电压。流过电感的电流永远不会瞬间改变。
电流会不断增加和减少,但永远不会跳跃。因此,在停滞时间内可能会出现问题。
所有当前路径在交换节点侧均被中断。对于图1所示的理想开关,在空载时间内,在开关节点上将产生一个负无穷大电压。
在实际的开关中,负电压会越来越大,直到两个开关之一被击穿并允许电流通过为止。图1.使用理想开关进行降压转换的同步开关稳压器。
大多数开关稳压器使用N沟道MOSFET作为有源开关。这些开关在上述情况下具有非常有利的特性。
MOSFET除了自身的开关功能外,还具有所谓的体二极管。半导体的源极和漏极之间存在一个P-N结。
在图2中,插入了具有相应P-N结的MOSFET。因此,即使在死区时间内,开关节点的电压也不会下降到负无穷大,而是会通过低端MOSFET中的PN结(红色显示)传输电流,直到死区时间结束并且低端为止MOSFET,直到它导通。
图2.用于降压转换的同步开关稳压器,使用N沟道MOSFET和附加的肖特基二极管来最大程度地减少干扰。相应的MOSFET中的体二极管具有主要缺点。
由于反向恢复现象,其切换速度非常低。在反向恢复时间内,电感(L1)使开关节点上的电压下降到比接地电压低几伏的电压。
开关节点上的这些陡峭的负电压峰值会引起干扰,该干扰可以电容耦合到其他电路段。如图2所示,可以通过插入额外的肖特基二极管来最小化这种干扰。
与低端MOSFET中的体二极管不同,它不会产生反向恢复时间,并且可以在空载时间开始时迅速吸收电流。这可以减慢开关节点上的电压降。
由于耦合效应,它可以减少产生和分配给电路的干扰。肖特基二极管可以设计得非常紧凑,因为它在空载时间内仅在短时间内载有电流。
因此,它的温度升高不会太高,并且可以放置在小尺寸,低成本的产品外壳中。

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