由于工程師們都在竭盡所能地獲得其電源的最高效率,，時序優(yōu)化正變得越來越重要,。在開關(guān)期間,，存在兩個過渡階段：低壓側(cè)開關(guān)開啟和高壓側(cè)開關(guān)開啟。
低壓側(cè)開啟開關(guān)至關(guān)重要,，因為該過渡階段幾乎沒有損耗,，也即“無損開啟”。在高壓側(cè)開關(guān)關(guān)閉以后,，電感電流驅(qū)動開關(guān)節(jié)點(diǎn)電壓無損接地,。開啟低壓側(cè)開關(guān)的最佳時機(jī)便為過渡結(jié)束時。如果在低壓側(cè)開啟以前主體二極管短暫導(dǎo)電,，則其無關(guān)緊要,，因為它不會導(dǎo)致反向恢復(fù)損耗,。在下一個開關(guān)過渡之前，該結(jié)點(diǎn)處的過剩載流全部耗散,。但是,，如果電流仍然長時間存在于主體二極管內(nèi)，則會有過高的傳導(dǎo)損耗,。高壓側(cè) FET 開啟時序是最為重要的過渡,。由于同低壓側(cè) FET 存在交叉導(dǎo)通，因此開啟過早會導(dǎo)致直通損耗,；開啟過晚又會導(dǎo)致傳導(dǎo)損耗增高,，并且會將過剩載流注入低壓側(cè) FET 主體二極管內(nèi)（必須對其進(jìn)行恢復(fù)）。不管哪種情況,，都會降低效率,。
為了說明效率與驅(qū)動信號之間時序的關(guān)系，我構(gòu)建起了一些具有驅(qū)動器信號可調(diào)節(jié)延遲的電源,。之后,，我比較了效率與延遲時間，對其存在的關(guān)系進(jìn)行了研究,。圖1A-1C 顯示了結(jié)果,。
圖1A 顯示了當(dāng)高壓側(cè) FET 在低壓側(cè) FET 完全關(guān)閉之前開啟時的情況。在低壓側(cè)柵極驅(qū)動中有一個明顯的更大的Miller區(qū)域,，其低壓側(cè) FET 和高壓側(cè) FET 同時導(dǎo)通,，從而在功率級中產(chǎn)生直通電流。當(dāng)?shù)蛪簜?cè) FET 最終關(guān)閉時,，在開關(guān)節(jié)點(diǎn)處存在額外的電壓過沖,。在圖1B中，在低壓側(cè) FET 關(guān)閉且主體二極管中形成電流以后,，高壓側(cè)FET 才開啟,。當(dāng)高壓側(cè)FET 開啟時，其恢復(fù)該主體二極管,，并且會有一個電流峰值讓開關(guān)節(jié)點(diǎn)電壓出現(xiàn)振鈴,。但是，由于所用MOSFET體二極管的反向恢復(fù)時間（12nS）極短,，因此這種現(xiàn)象并不明顯,。主體二極管速度越慢，振鈴越明顯,。圖1C 擁有最高的電源效率,。在高壓側(cè)開關(guān)開啟以前，低壓側(cè)柵極電壓降至接地電壓附近。高壓側(cè)在更低的主體二極管導(dǎo)電以前開啟,，開關(guān)節(jié)點(diǎn)振鈴最小化,。
圖1A 先進(jìn)的高壓側(cè)時序產(chǎn)生直通電流
圖1B 高壓側(cè)驅(qū)動延遲時主體二極管導(dǎo)電
圖1C 最佳時序帶來更高的效率和更低的應(yīng)力
圖2 顯示了不同柵極驅(qū)動時序情況下 12 伏到 1 伏/15 安培、300 kHz功率級的效率曲線,?？潭茸髠?cè)代表高壓側(cè)開關(guān)提前開啟，如圖1A 所示,。右側(cè)代表一個經(jīng)過延遲的高壓側(cè)柵極驅(qū)動（圖1B）,。在左邊，效率急劇下降,，原因是功率級的直通電流損耗,。在右邊，效率逐漸下降,。
效率逐漸下降的原因有兩個：來自低壓側(cè) FET 主體二極管的傳導(dǎo)損耗和反向恢復(fù)損耗,。在主體二極管導(dǎo)電期間，主體二極管電壓下降約 0.7伏,。方程式1 表示了主體二極管導(dǎo)電期間的最大電源效率,，其大致如下：
(1)
如果主體二極管在 3us 時間中有 50ns 時間導(dǎo)電，則可對總效率產(chǎn)生約 1.2% 的影響,。就該功率級而言,，反向恢復(fù)損耗微不足道，原因是使用了 12nS短反向恢復(fù)時間的 MOSFET,。
圖2 驅(qū)動器時序可極大影響效率
總之,，同步降壓穩(wěn)壓器中正確的柵極驅(qū)動信號時序，對于最大化效率至關(guān)重要,。這種時序可最小化低壓側(cè) FET 主體二極管導(dǎo)電時間,。高壓側(cè) FET 開啟是最為關(guān)鍵的過渡階段，同時應(yīng)避免在低壓側(cè)完全關(guān)閉以前開啟高壓側(cè) FET,。這樣做可以最小化開關(guān)損耗，并減少過渡期間的電壓振鈴,。
更多詳情,，請參閱 2003 年 4 月TI《應(yīng)用手冊》（SLUA281）文章《柵極驅(qū)動升壓同步DC/DC 功率轉(zhuǎn)換器效率預(yù)測》
本文以及其他電源解決方案的更多詳情，敬請訪問：http://www.ti.com.cn/lsds/ti_zh/analog/powermanagement/power_portal.page,。