Was ist der Sinn von MOSFET anstelle von Freilaufdioden in der Buck-Topologie?

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Normalerweise sehe ich Buck-Schaltungsmodelle, bei denen ein MOSFET anstelle einer Freilaufdiode verwendet wird. Was ich aus der Buck-Topologie verstehe, ist, wenn der obere MOSFET ausgeschaltet ist, es ist egal, ob der untere ein- oder ausgeschaltet ist, da der Strom über die Body-Diode von Masse zur Induktivität fließt.

Warum verwenden sie diesen zweiten MOSFET? Ein MOSFET ist im Allgemeinen teurer als eine Diode, nicht wahr? Ist das nicht ein Overkill? Oder macht es die Strecke irgendwie besser?

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

Vorwärts vorgespannte Dioden sind nicht perfekt leitend; Über ihnen liegt ein Spannungsabfall von 0,7 V (0,3 V für Schottky). Dies führt bei hohen Strömen zu einer hohen Verlustleistung über die Diode. Hochstromdioden haben möglicherweise auch eine längere Erholungszeit.

Wenn der untere MOSFET eingeschaltet ist, fließt Strom durch ihn und nicht durch die Body-Diode. Die MOSFETs sind für einen niedrigen Rdson-Wert (Einschaltwiderstand) ausgewählt, sodass das Minimum an Energie im MOSFET verbraucht wird.

Abgesehen von einer Verbesserung der Effizienz ist der wahrscheinlich wichtigste Grund für die Verwendung eines "synchronisierenden" MOSFET, dass der Umschalter nicht fast so oft in den diskontinuierlichen (Burst-) Modus wechselt. Der Burst-Modus tritt bei leichten Lasten auf, weil die minimale Energie pro Zyklus, die übertragen werden kann, höher ist als die Lastanforderungen.

Dies passiert häufig bei variablen Lasten oder wenn die Eingangsspannungen maximal sind. Dies führt zu einer deutlich höheren Brummspannung am Ausgang. Ein nicht synchroner Schaltkreis hat im Dauerbetrieb eine minimale Einschaltdauer, bevor er in den Dauerbetrieb übergeht. Es gibt keine Option. Er kann die Last nicht ständig mit Energie versorgen, oder die Ausgangsspannung steigt erheblich an.

In einem Synchronschaltkreis muss der Synchronschaltkreis nicht in den diskontinuierlichen Betrieb eintreten, da über den gesamten Zeitraum, in dem der Serienpass-MOSFET ausgeschaltet ist, überschüssige Energie aus dem Ausgangskondensator entfernt werden kann. Bei einigen Geräten haben Sie die Möglichkeit, in den diskontinuierlichen Modus zu wechseln, da bei geringen Lasten Energie gespart werden kann. Dies ist jedoch eine vom Kunden / Lieferanten bestimmte Funktion.

Dies bedeutet, dass die Welligkeitsspannung von Spitze zu Spitze bei Verwendung einer Synchrontopologie in nahezu jeder Anwendung garantiert erheblich geringer ist. In Verbindung mit Wirkungsgraden im 95% -Bereich (z. B. Abwärtsregler) ist es heute die Topologie der Wahl.