何谓异步整流、同步整流?DC-DC降压芯片选型注意事项

雨飞工作室 2025-10-13 07:00

一、在开关电源设计中,有异步整流同步整流两种。

1.异步整流

1)通过控制开关闭合的时间即占空比产生需要的方波

何谓异步整流、同步整流?DC-DC降压芯片选型注意事项图1

这是简化之后的原理图,其本质就是通过不停的开关来达到降压的目的,所以叫开关电源。其输入是12V的直流电,然后给它不停的开关,波形就变了。如果是有一半时间闭合,一半时间断开,则到最后可以输出6V的电压(本质就是通过控制开关闭合的时间即占空比,来产生一个周期性的方波,也就是PWM波,占空比=输出电压/输入电压)。而要从12V得到5V的电压,那么就需要42%的时间闭合,58%的时间断开(如下图的红色矩形波),但需要的是恒定电压的直流电(如下图蓝色的波浪线),怎么把这些矩形波变成恒定电压的直流5V电呢?

何谓异步整流、同步整流?DC-DC降压芯片选型注意事项图2

注:因为开关电源里的开关周期的时间通常以微妙作为单位,所以就需要晶体管来替代开关(能有每秒上万次的开关频率)。


2)LC滤波电路

何谓异步整流、同步整流?DC-DC降压芯片选型注意事项图3想要把图一里的红色矩形波变成蓝色波浪线即恒定电压的直流5V电,那就得靠LC滤波电路进行滤波了。电感在电路最常见的作用就是与电容一起,组成LC滤波电路电容“阻直流,通交流”的本领,而电感则“通直流,阻交流,通低频,阻高频”)。如果把伴有许多干扰信号的直流电通过LC滤波电路(如图),那么,交流干扰信号大部分将被电感阻止吸收变成磁感和热能,剩下的大部分被电容旁路到地,这就可以抑制干扰信号的作用。当MOS管断开,电感首先充当电源的作用,当电感电流耗尽,此时电容进行放电,使电压维持在5V。此时,在输出端就获得比较纯净的直流电。


3)二极管的作用

此处的二极管主要用于给电感续流,又称为续流二极管。因为MOS管断开时,电感一端处于悬空状态,由于电感的电流不能突变(比如从2A瞬间降至0,但电感会通过抬升电压维持电流防止突变),此时给电路并联一个二极管以给电感续流形成回路。在这里放二极管还有个好处,是因为二极管的单向导电性使得MOS管闭合时,该支路断开,不影响LC滤波电路。


2.同步整流电路

何谓异步整流、同步整流?DC-DC降压芯片选型注意事项图4

开关电源的优势:①功耗低,效率高。②体积小,重量轻。③稳压范围宽。

开关电源的损耗来源:①开关管损耗。②电感、电容损耗。③二级管损耗。

开关电源的损耗分析:开关电源的效率可以达到90%以上,如果精心优化与设计,甚至可以达到95%以上,这在以电池作为电力来源的场合非常重要,例如手机、小型无人机等。因此开关电源设计的优劣程度将直接影响设备的续航能力。


通过上面的分析,可以看出开关电源的损耗其实是一个非常重要的问题:无论电流多大,只要有电流存在,二极管的固定压降就是0.4V左右,电流1A的话意味着二极管消耗的功率就是0.4W,这其实是一个不小的损耗;因此,可以把续流二极管使用另一个MOS管来代替,只需要保证这两个MOS关的开关状态相反即可,如上图所示,这就是同步整流电路。


同步降压变换器是当前主流的高效降压开关电路。其典型的电路架构图如下:
何谓异步整流、同步整流?DC-DC降压芯片选型注意事项图5
采用同步降压结构设计的芯片的内部框图如下:
何谓异步整流、同步整流?DC-DC降压芯片选型注意事项图6
二、DC-DC降压芯片选型注意事项
我们在设计一个电源电路时,首先要明确设计目标,思考以下核心的点:
1)电源的输入要求什么范围?
2)电源的输出电压是多少?能接受的误差范围是多少?
3)功耗是多大,转换效率是多少?
4)需要输出多大电流给后端负载,采用的降额系数是多少?
5)成本能接受多少?
6)芯片布局空间有多大,用在什么类型的设备里?
7)采用什么样的电源拓扑的芯片?轻负载时是否要求转换效率和静态功耗?

举例:设计一款嵌入式物联网IOT智能网关,采用一个工业级AC-DC开关电源提供直流电源12V、5A(60W)输入;其输入电压范围是10.2-13.8V,典型值为12V±1.0%;智能网关采用DC-DC 降压芯片对12V进行降压,得到5V、3.3V电源提供给MCU及其他接口电路供电。整体按照降额系数0.8计算,电源可完整提供48W功率,整个系统的电源功率分配如下:
何谓异步整流、同步整流?DC-DC降压芯片选型注意事项图7
我们在分配电源功率时,先将电源的总功率*0.8 作为实际能提供给后端的实际功率;60W电源实际提供48W功率给产品,再将48W 按照3个电压等级进行分配,12V分配24W,5V分配12W、3.3V分配12W;因此在DCDC芯片选型时,重点考虑12V转5v 和12V转3.3V的DCDC芯片,最终给到芯片负载的电压分别是5.0V、2A;3.3V、2A 2种输出。

在电源降压电路设计里选型DC-DC芯片,需要重点考虑芯片的兼容特性,转换效率,输入电压范围,开关频率和输出电压电流以及成本,而当前国产芯片的技术已经非常成熟,完全可以替代国外电压芯片产品,且价格低,可选品牌多,应该是当下工程师的首选。

老外教你做一个开关电源

声明:内容取材于网络,仅代表作者观点,如有内容违规问题,请联系处理。 
DC-DC 芯片
more
LDO与DC-DC串联到底能抑制多少纹波?
AI玩具DC-DC芯片,安全与成本双突围
创业血泪教训:降压DC-DC续流二极管,选错就可能毁掉一单生意
何谓异步整流、同步整流?DC-DC降压芯片选型注意事项
DC-DC电路SW节点铺铜设计到底是大了好还是小了好?
新能源汽车供电系统中的DC-DC降压转换器:如何用TPS54331芯片实现高效供电?
拆解发现宝藏选型:TI这款DC-DC,成本能压到5毛以下,太香了!
LDO与DC-DC串联到底能抑制多少纹波?
Copyright © 2025 成都区角科技有限公司
蜀ICP备2025143415号-1
  
川公网安备51015602001305号