同步整流通过降低功耗提高效率

　　在要求低占空比的应用中，整流开关导电时间占每个开关期间的百分比更大。但是，升压拓扑中非同步整流器的功耗与VI N变化带来的占空比变化无关。这是因为，V I N变化使二极管所导电流的变化大小相等但方向相反。根据方程式1,整流器损耗刚好等于正向压降乘以输出电流。同步整流器情况下，功耗对占空比有一定的依赖度，这是因为传导损耗由F E T的电阻引起。这与二极管不同，二极管的损耗由正向压降引起。电阻传导损耗因电流的平方而不同，导致对占空比的依赖性，占空比更高，传导功耗也随之增加。

　　低占空比应用的效率

　　为了评估低占空比应用的功率效率，我们可对同步设计和非同步设计进行比较。同步设计使用T P S43061同步升压控制器，其与C S D86330Q3D功率模块搭配。该功率模块同时集成了低侧和高侧MOSFET.非同步设计使用T P S40210非同步升压控制器和一个CSD17505Q5A低侧开关，其规格与功率模块类似。这种设计具有一个肖特基二极管，用于整流器，其额定电压和电流至少为15V和7A.具有这种额定值的肖特基二极管的可用最小封装尺寸为T O-277A(SM P C)。仅根据典型开关封装比较解决方案尺寸，我们发现，非同步开关和二极管占用面积为65m m2,而同步功率模块开关的占用面积为12m m2.后者节省了53m m2的面积。两种设计都使用了相同的L C滤波器和750kH z开关频率。图3显示了12V输入和15V输出的这两种设计的效率和功耗情况。理想占空比为20%.本例中，同步整流器的好处很明显。满负载效率提高了约3%,而非同步设计的功耗几乎是同步设计的两倍。

　　高占空比应用的效率

　　为 了 评 估 高 占 空 比 应 用 的 功率效率，我们再次对同步设计和非同步设计进行比较。同步设计使用T P S43060同步升压控制器，其有一对功率MOSFET,用于低侧和高侧开关。MOSFET使用30mm2的典型8引脚SON封装。非同步设计使用TPS40210非同步升压控制器以及一个相同的MOSFET用于低侧开关。整流器的肖特基二极管额定值至少为48V和16A.肖特基整流器使用D2P A K封装，典型面积为155m m2.相比非同步设计，同步解决方案节省了125m m2的电路板空间。两种设计都使用相同的L C滤波器和300kH z开关频率。理想占空比为75%.效率曲线表明，在这种应用中，使用同步整流器没有什么好处。从2.5~3.5A负载电流，同步解决方案的效率开始提高。但是，同步整流的主要好处是要求的电路板空间更少。

　　轻负载效率

　　同步设计使用的T P S 4 3 0 6 0和T P S43061的特点是非连续导电模式(D C M)反向电流检测，其提高了更轻负载条件下的效率。它降低了开关、电感和检测电阻器的传导损耗，让轻负载效率与非同步解决方案情况相同。C CM工作期间，开关、电感和检测电阻器的估计损耗，决定了该效率的大小。这些曲线表明了D CM下工作的转换器的轻负载效率相对改善情况。但是，对于一些低噪应用或者要求快速轻负载瞬态响应的应用来说，牺牲高轻负载效率来让C CM运行保持在整个负载范围，可能是一种更好的选择。