Mục đích của việc sử dụng MOSFET thay vì điốt tự do trong cấu trúc liên kết Buck là gì?

( Nguồn )

Tôi thường thấy các mô hình mạch Buck trong đó sử dụng MOSFET thay vì điốt tự do. Những gì tôi hiểu từ cấu trúc liên kết Buck là, khi MOSFET phía trên tắt, không có vấn đề gì là bật hay tắt vì dòng điện sẽ đi từ mặt đất đến cuộn cảm qua diode cơ thể.

Vậy, tại sao họ sử dụng MOSFET thứ hai này? Một MOSFET thường đắt hơn một diode, phải không? Đây không phải là một quá mức cần thiết? Hoặc nó làm cho mạch tốt hơn theo một cách nào đó?

http://www.digikey.co.uk/Web%20Export/Supplier%20Content/Semtech_600/PDF/Semtech_synyncous-vs-asynyncous-buck-regulators.pdf?redirected=1

Điốt phân cực thuận không dẫn điện hoàn hảo; có sự sụt giảm điện áp 0,7V (0,3V đối với Schottky) trên chúng. Ở dòng điện cao, điều này dẫn đến sự tiêu tán năng lượng cao trên các diode. Điốt hiện tại cao có thể có thời gian phục hồi lâu hơn.

Khi bật MOSFET thấp hơn, dòng điện chạy qua nó chứ không phải là diode cơ thể. Các MOSFET được chọn cho mức thấp Rdson (về điện trở), do đó mức năng lượng tối thiểu bị tiêu tán trong MOSFET.

Ngoài sự cải thiện về hiệu quả, có lẽ lý do quan trọng nhất để có MOSFET "đồng bộ hóa" là bộ chuyển đổi sẽ không chuyển sang chế độ không liên tục (nổ) gần như thường xuyên. Chế độ Burst xảy ra trên tải nhẹ vì năng lượng tối thiểu trên mỗi chu kỳ có thể truyền cao hơn nhu cầu tải.

Điều này xảy ra rất nhiều trên các tải thay đổi hoặc khi điện áp cung cấp đến tối đa. Nó gây ra điện áp gợn lớn hơn đáng kể trên đầu ra. Mạch chuyển mạch không đồng bộ sẽ có chu kỳ làm việc tối thiểu trong hoạt động liên tục trước khi vào hoạt động không liên tục - không có tùy chọn - nó không thể cung cấp năng lượng quá mức cho tải hoặc điện áp đầu ra sẽ tăng đáng kể.

Trong mạch chuyển mạch đồng bộ, vì năng lượng dư thừa có thể được loại bỏ khỏi tụ điện đầu ra trong toàn bộ thời gian mà MOSFET truyền qua loạt bị tắt, không cần thiết cho mạch đồng bộ để hoạt động không liên tục. Một số thiết bị sẽ cung cấp cho bạn tùy chọn vào chế độ không liên tục vì có thể tiết kiệm năng lượng khi tải nhẹ nhưng đó là tính năng do khách hàng / nhà cung cấp điều khiển.

Điều này có nghĩa là điện áp gợn đầu ra từ đỉnh đến đỉnh gần như được đảm bảo nhỏ hơn đáng kể khi sử dụng cấu trúc liên kết đồng bộ trong hầu hết mọi ứng dụng. Điều này cùng với hiệu quả trong khu vực 95% (ví dụ các cơ quan quản lý buck) làm cho nó trở thành cấu trúc liên kết được lựa chọn ngày nay.