本日は、スイッチング電源における2つの非常に重要な概念、同期整流と非同期整流について説明しよう。スイッチング電源は、電圧変換を実現するために、電源管が開放されたときの誘導充電エネルギー蓄積と、電源管が切り離されたときの誘導エネルギー放出に依存している。電源管が切り離された後、インダクタンスは電流ループを持つためにエネルギーを放出するが、これは電流成分の選択において異なっており、それは異なる整流方法、すなわち同期整流と非同期整流を伴うことになる。では、両者の違いは何でしょうか？
非同期BUCK
MOS管（電力管）は1本だけで、連続電流素子はダイオードであり、これは自然整流に属し、同期のための特別な制御回路を必要としないので、非同期整流と呼ばれる。
非同期整流回路
同期BUCK
整流ダイオードの代わりにオン抵抗が非常に小さい専用のパワーMOSを使用し、整流損失を低減する。パワーMOSは電圧制御デバイスに属し、オン時の電圧-電流特性はリニアである。パワーMOSを整流器として使用する場合、ゲート電圧を整流する電圧の位相に同期させる必要があるため、同期整流と呼ばれる。
同期整流回路
非同期の利点と欠点：
- 高い安定性
出力電流が変化した場合、ショットキーダイオードの電圧降下は極めて一定であり、同時に上下管に同期整流回路が存在しないため、その安定性は同期整流回路よりも高い。
- 低効率
ショットキーダイオードに流れる電流が大きいと、ダイオードの連続電流によって発生する電圧は比較的大きく、出力電圧が非常に低い場合、ダイオードの電圧降下が大きな割合を占め、比較的大きな電力を消費するため、大電流・低電圧出力時の効率が低い。
同期のメリットとデメリット：
- 効率的だ
MOSパラメータにおいて、非常に重要なパラメータはMOS管のオン抵抗である。一般に、MOS管の内部抵抗は非常に小さく、一般にミリオーム・レベルであるため、オン・オフ後のMOS管の圧力損失は比較的小さい。
同じ条件下では、一般的なMOS管のオン電圧降下は、通常のショットキーダイオードの正のオン電圧降下よりもはるかに小さいため、同じ電流条件下では、MOS管の損失電力はダイオードの損失電力よりもはるかに小さく、MOS管の効率はダイオードの効率よりも高くなる。
- 安定性の欠如
MOS管は駆動回路を必要とし、同期整流器は、上下2つのMOS管を同期させることができるように、MOS管のための追加の制御回路を追加する必要があり、非同期ダイオードは自然に整流され、追加の駆動制御回路を追加する必要はありませんので、非同期のために、同期回路は、より複雑になります。設計回路が複雑になればなるほど、安定性の信頼性は低下する。
同期非同期オプション
同期整流と非同期整流のどちらを使用するかは、主に効率、コスト、信頼性、PCBレイアウト面積の観点から検討する。高出力電圧、高デューティサイクルの場合、ショットキーダイオードと非同期整流システムの同期整流器の消費電力は少なく、同期整流器と非同期整流器の変換効率の差は明らかではありません。まとめると、必要な効率が比較的高く、コストと信頼性の要件がそれほど高くない場合は、同期整流を選択することができる。効率要件がそれほど高くない場合は、非同期整流が好ましく、その信頼性はより優れている。
以下は当社のDC-DC降圧チップです：
非同期降圧の代表的な回路図（SSP9480の例）
SSP9480は、パワーMOSFET管を内蔵した降圧スイッチング・レギュレータです。電流モード制御により、高速ループ応答とループ安定性が向上しています。
幅広い入力電圧範囲（4.5V～80V）により、連続1.2A電流の高効率出力を実現し、モバイル環境入力条件下での様々な降圧電力変換アプリケーションを可能にします。0.1μAのシャットダウン静止電流はバッテリー駆動アプリケーションに適しています。
同期降圧の典型的な回路図（例としてH9108）
H9108は、パワーMOSFET内蔵の高周波同期整流型降圧スイッチング・モード・コンバータです。動作入力範囲：4V～18Vにおいて、優れた負荷レギュレーションとライン・レギュレーションを備え、最大2Aの連続電流出力が可能な非常にコンパクトなソリューションを提供します。
