Qual è lo scopo di utilizzare MOSFET invece del diodo a ruota libera nella topologia Buck?

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Di solito vedo modelli di circuiti Buck in cui viene utilizzato un MOSFET invece di un diodo a ruota libera. Quello che ho capito dalla topologia Buck è che quando il MOSFET superiore è spento, non importa se quello inferiore è acceso o spento poiché la corrente andrà da terra all'induttore attraverso il diodo corporeo.

Quindi, perché usano questo secondo MOSFET? Un MOSFET è generalmente più costoso di un diodo, non è vero? Non è un eccesso? O rende il circuito migliore in qualche modo?

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

I diodi polarizzati in avanti non sono perfettamente conduttivi; c'è una caduta di tensione di 0,7 V (0,3 V per Schottky) attraverso di essi. A correnti elevate, ciò si traduce in un'elevata dissipazione di potenza attraverso il diodo. Anche i diodi ad alta corrente potrebbero avere tempi di recupero più lunghi.

Quando il MOSFET inferiore è acceso, la corrente scorre attraverso di esso anziché il diodo corporeo. I MOSFET sono selezionati per Rdson basso (sulla resistenza), quindi il minimo di energia viene dissipato nel MOSFET.

A parte un miglioramento dell'efficienza, probabilmente la ragione più significativa per avere un MOSFET "sincronizzante" è che lo switcher non entrerà in modalità discontinua (burst) quasi altrettanto spesso. La modalità burst si verifica con carichi leggeri perché l'energia minima per ciclo che può essere trasferita è superiore alle richieste di carico.

Ciò accade molto con carichi variabili o quando le tensioni di alimentazione in ingresso sono al massimo. Causa tensione di ondulazione significativamente maggiore sull'uscita. Un circuito di commutazione non sincrono avrà un ciclo di funzionamento minimo in funzionamento continuo prima di entrare in funzionamento discontinuo - non esiste alcuna opzione - non può continuare a fornire energia in eccesso al carico o la tensione di uscita aumenterà in modo significativo.

In un circuito di commutazione sincrono, poiché l'energia in eccesso può essere rimossa dal condensatore di uscita per l'intero periodo di tempo in cui il MOSFET a passaggio in serie è spento, non è necessario che il circuito sincrono entri in funzionamento discontinuo. Alcuni dispositivi ti daranno la possibilità di entrare in modalità discontinua perché ci possono essere dei risparmi energetici su carichi leggeri ma questa è una funzione guidata dal cliente / fornitore.

Ciò significa che la tensione di ripple di uscita picco-picco è quasi garantita per essere significativamente più piccola quando si utilizza una topologia sincrona in quasi tutte le applicazioni. Ciò, unito all'efficienza nella regione del 95% (ad esempio i regolatori buck), lo rendono oggi la topologia scelta.