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,。

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,。

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,。

作者簡介
Frederik Dostal曾就讀于德國埃爾蘭根-紐倫堡大學(xué)微電子學(xué)專業(yè),。他于2001年開始工作，涉足電源管理業(yè)務(wù),，曾擔(dān)任多種應(yīng)用工程師職位,，并在亞利桑那州鳳凰城工作了四年，負責(zé)開關(guān)模式電源,。Frederik于2009年加入ADI公司,，擔(dān)任歐洲分公司的電源管理技術(shù)專家。