同步异步BUCK研究

目录

一、同步时钟
二、异步BUCK电路
（1）基本公式推导
（2）电感选型计算
三、同步BUCK电路
四、同步异步BUCK电路对比

前言

在硬件设计中，电源模块基本都会接触到，DC-DC拓扑电路又是最常见的，所以深入理解DC-DC电路至关重要。以BUCK电路为模型，我们时常会遇到同步异步BUCK，那么它同步异步的是什么呢？同步异步BUCK又有什么优缺点呢？

一、同步时钟

首先，我们先明确同步异步BUCK电路，它同步异步的是时钟信号。那什么是同步时钟呢？

同步时钟：两个时钟相位差固定或时钟频率比为整数倍则可以称为同步时钟，一般同源，如由同一个PLL（phase-locked loops）生成（不要求同相位，相位差固定即可）。
异步时钟：不同源，同源相位差不固定或时钟频率非整数倍。

1）异步BUCK电路如下：

同步BUCK仅需要一个时钟控制Q MOS管，Toff 时由二极管来完成电路的续流。

2）同步BUCK电路如下：

同步BUCK则需要两个时钟来分别控制Q1&Q2，两个还不能同时打开，否则输入源Vi 将直接接地短路。为了避免同时打开的情况，将引入MOS管体二极管（寄生二极管）的概念，这里不过多赘述，后续再单独讲。

同步二极管的时钟举个例子，如下图，可实现同步时钟控制。

二、异步BUCK电路

(1)、基本公式推导

电路图如下：

重点公式：

输出电压推导：
Ton 时：

Toff 时：

(2)、电感选型计算

电感的选型将直接影响整体电路的性能，若选取不适当，则会出现电压不稳，啸叫声，EMI NG等问题，下面就电感选型从取值方面进行讲解。

则纹波电流为：

该BUCK电路维持CCM模式电流的必备条件：

引入纹波系数：

上式纹波系数达到了200%，电子行业中一般30%左右，以30%为例：

则：

考虑纹波系数还不算完，一般还会预留一定的余量，显示行业一般是25%，其他行业可能不同。

三、同步电路BUCK电路

同步BUCK电路图及时钟如下：


结合时钟信号，分析如下：
1）Ton 时：Q1打开，Q2关闭；
2）Toff 时：Q1关闭，Q2打开；

注意：死区时间的存在

给大家留一个疑问，死去时间，电路的续流怎样完成？寄生二极管是否支持大电流持续流过？

最后，在计算方面，同步逻辑可参考异步BUCK，主要是死区时间的加入。当然还可以考虑同步BUCK的MOS管一个采用NMOS，另一个采用PMOS，这种情况是否还需要两个时钟？

四、同步异步BUCK电路对比

同步异步在硬件上的区别是一个用二极管续流，另一个用MOS管续流。那么要分析同步异步BUCK的区别，主要从二极管与MOS管的特性上来分析。

下面均以CCM模为前提进行分析：
区别可见下表：

注意：
MOS管的双向导通，是指在体二极管的作用下实现。

故，
1）同步异步BUCK在功耗上会有区别，具体需要看元器件选型；
2）二极管的单项导通特性限定了异步BUCK电路的电流最小为0A，而同步BUCK则不一样，它可以完全小于0，所以同步BUCK除了CCM模式，还可以进入BCM模式，FCCM模式，而异步BUCK除了CCM模式外，仅能进入BCM模式。这一点也就使得同步BUCK可以运用在某些特殊的场景下，比如：电流可以方向的电路中。

后续会继续给大家介绍DC-DC的工作模式，MOS管的使用等。