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Normalmente, vejo modelos de circuito Buck nos quais um MOSFET é usado em vez de um diodo de roda livre. O que eu entendo da topologia Buck é que, quando o MOSFET superior está desativado, não importa se o inferior está ativado ou desativado, pois a corrente vai do solo para o indutor através do diodo do corpo.
Então, por que eles usam esse segundo MOSFET? Um MOSFET geralmente é mais caro que um diodo, não é? Isso não é um exagero? Ou isso melhora o circuito de alguma forma?
Respostas:
Diodos com polarização direta não são perfeitamente condutivos; há uma queda de tensão de 0,7V (0,3V para Schottky) através deles. Em altas correntes, isso resulta em alta dissipação de energia através do diodo. Diodos de alta corrente também podem ter mais tempo de recuperação.
Quando o MOSFET inferior está ativado, a corrente flui através dele, em vez do diodo do corpo. Os MOSFETs são selecionados para Rdson baixo (com resistência), portanto o mínimo de energia é dissipado no MOSFET.
Além de uma melhoria na eficiência, provavelmente a razão mais significativa para ter um MOSFET "sincronizado" é que o comutador não entrará no modo descontínuo (intermitente) com a mesma frequência. O modo Burst ocorre com cargas leves, porque a energia mínima por ciclo que pode ser transferida é maior do que a demanda de carga.
Isso acontece muito em cargas variáveis ou quando as tensões de entrada são máximas. Causa uma tensão de ondulação significativamente maior na saída. Um circuito de comutação não síncrono terá um ciclo de trabalho mínimo em operação contínua antes de entrar em operação descontínua - não há opção - ele não pode continuar sobrecarregando a energia da carga ou a tensão de saída aumentará significativamente.
Em um circuito de comutação síncrona, porque o excesso de energia pode ser removido do capacitor de saída durante todo o período em que o MOSFET de passagem em série está desligado, não é necessário que o circuito síncrono entre em operação descontínua. Alguns dispositivos oferecem a opção de entrar no modo descontínuo, pois pode haver economia de energia em cargas leves, mas esse é um recurso orientado ao cliente / fornecedor.
Isso significa que é quase garantido que a tensão de ondulação de saída pico a pico seja significativamente menor ao usar uma topologia síncrona em quase todas as aplicações. Isso, combinado com eficiências na região de 95% (reguladores de buck, por exemplo), faz dela a topologia de escolha hoje.