採用額外的肖特基二極體減少幹擾

在負載點(POL)降壓轉換器領域，同步變化的高邊和低邊有源開關已被廣泛使用。圖1顯示了具有理想開關的此類電路。與使用無源肖特基二極體作為低邊開關的架構相比，此類開關穩壓器具有多項優勢。主要優勢是電壓轉換效率更高，因為與採用無源二極體的情況相比，低端開關承載電流時的壓降更低。

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但是，與異步開關穩壓器相比，同步降壓轉換器會產生更大的幹擾。如果圖1中的兩個理想開關同時導通，即使時間很短，也會發生從輸入電壓到地的短路。這會損壞開關。必須確保兩個開關永遠不會同時導通。因此，出於安全考慮，需要在一定時間內保持兩個開關都斷開。這個時間稱為開關穩壓器的死區時間。但是，從開關節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生瞬間變化。電流會連續增加和減少，但它永遠不會跳變。因此，在死區時間內會產生問題。所有電流路徑在開關節點側中斷。採用圖1所示的理想開關，在死區時間內會在開關節點處產生負無窮大的電壓。在實際開關中，電壓負值將變得越來越大，直到兩個開關中的一個被擊穿並允許電流通過。

圖1 用於降壓轉換、採用理想開關的同步開關穩壓器

大多數開關穩壓器使用N溝道MOSFET作為有源開關。這些開關針對上述情況具有非常有優勢的特性。除了具有本身的開關功能外，MOSFET還具有所謂的體二極體。半導體的源極和漏極之間存在一個P-N結。在圖2中，插入了具有相應P-N結的MOSFET。由此，即使在死區時間內，開關節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（如紅色所示）承載電流，直到死區時間結束並且低端MOSFET導通為止。

圖2 用於降壓轉換的同步開關穩壓器，採用N溝道MOSFET和額外的肖特基二極體，可最大限度地減少幹擾

相應MOSFET中的體二極體有一個主要缺點。由於反向恢復現象，其開關速度非常低。在反向恢復時間內，電感(L1)導致開關節點處的電壓下降到比地電壓低幾伏。開關節點處的這些陡峭的負電壓峰值會導致幹擾，此幹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體可以最大限度地減少這種幹擾，如圖2所示。與低端MOSFET中的體二極體不同，它不會產生反向恢復時間，並且在死區時間開始時能非常快速地吸收電流。這可減緩開關節點處的電壓陡降。可減少由於耦合效應而產生並分布到電路上的幹擾。

肖特基二極體可以設計得非常緊湊，因為它僅在死區時間內短時間承載電流。因此，其溫升不會過高，可以放置在小尺寸、低成本的產品外殼中。

作者簡介

Frederik Dostal曾就讀於德國埃爾蘭根-紐倫堡大學微電子學專業。他於2001年開始工作，涉足電源管理業務，曾擔任多種應用工程師職位，並在亞利桑那州鳳凰城工作了四年，負責開關模式電源。Frederik於2009年加入ADI公司，擔任歐洲分公司的電源管理技術專家。