同步整流通過降低功耗提高效率

　　在要求低占空比的應用中，整流開關導電時間占每個開關期間的百分比更大。但是，升壓拓撲中非同步整流器的功耗與VI N變化帶來的占空比變化無關。這是因為，V I N變化使二極管所導電流的變化大小相等但方向相反。根據方程式1,整流器損耗剛好等于正向壓降乘以輸出電流。同步整流器情況下，功耗對占空比有一定的依賴度，這是因為傳導損耗由F E T的電阻引起。這與二極管不同，二極管的損耗由正向壓降引起。電阻傳導損耗因電流的平方而不同，導致對占空比的依賴性，占空比更高，傳導功耗也隨之增加。

　　低占空比應用的效率

　　為了評估低占空比應用的功率效率，我們可對同步設計和非同步設計進行比較。同步設計使用T P S43061同步升壓控制器，其與C S D86330Q3D功率模塊搭配。該功率模塊同時集成了低側和高側MOSFET.非同步設計使用T P S40210非同步升壓控制器和一個CSD17505Q5A低側開關，其規格與功率模塊類似。這種設計具有一個肖特基二極管，用于整流器，其額定電壓和電流至少為15V和7A.具有這種額定值的肖特基二極管的可用最小封裝尺寸為T O-277A(SM P C)。僅根據典型開關封裝比較解決方案尺寸，我們發現，非同步開關和二極管占用面積為65m m2,而同步功率模塊開關的占用面積為12m m2.后者節省了53m m2的面積。兩種設計都使用了相同的L C濾波器和750kH z開關頻率。圖3顯示了12V輸入和15V輸出的這兩種設計的效率和功耗情況。理想占空比為20%.本例中，同步整流器的好處很明顯。滿負載效率提高了約3%,而非同步設計的功耗幾乎是同步設計的兩倍。

　　高占空比應用的效率

　　為 了 評 估 高 占 空 比 應 用 的 功率效率，我們再次對同步設計和非同步設計進行比較。同步設計使用T P S43060同步升壓控制器，其有一對功率MOSFET,用于低側和高側開關。MOSFET使用30mm2的典型8引腳SON封裝。非同步設計使用TPS40210非同步升壓控制器以及一個相同的MOSFET用于低側開關。整流器的肖特基二極管額定值至少為48V和16A.肖特基整流器使用D2P A K封裝，典型面積為155m m2.相比非同步設計，同步解決方案節省了125m m2的電路板空間。兩種設計都使用相同的L C濾波器和300kH z開關頻率。理想占空比為75%.效率曲線表明，在這種應用中，使用同步整流器沒有什么好處。從2.5~3.5A負載電流，同步解決方案的效率開始提高。但是，同步整流的主要好處是要求的電路板空間更少。

　　輕負載效率

　　同步設計使用的T P S 4 3 0 6 0和T P S43061的特點是非連續導電模式(D C M)反向電流檢測，其提高了更輕負載條件下的效率。它降低了開關、電感和檢測電阻器的傳導損耗，讓輕負載效率與非同步解決方案情況相同。C CM工作期間，開關、電感和檢測電阻器的估計損耗，決定了該效率的大小。這些曲線表明了D CM下工作的轉換器的輕負載效率相對改善情況。但是，對于一些低噪應用或者要求快速輕負載瞬態響應的應用來說，犧牲高輕負載效率來讓C CM運行保持在整個負載范圍，可能是一種更好的選擇。