6.2.3. Понижающие исн с синхронными выпрямителями

В последние годы имеет место устойчивая тенденция к снижению напря­жения питания микросхем. Одновременно появляются модели ИМС, потреб­ляющие ток все большей силы. Например, процессор фирмы AMD Athlon по­требляет ток до 40 А при напряжении 1.6 В. В этом случае традиционное решение — последовательный ключ на МОП-транзисторе и диод Шоттки па­раллельно выходу — оказывается неэффективным, так как, хотя прямое на­пряжение на диоде Шоттки составляет примерно 0.4 В, что значительно ни­же, чем на обычном кремниевом диоде, все же мощность потерь в нем достигнет 10 Вт, что потребует принудительного обдува либо радиатора боль­ших размеров.

Лучшие результаты в импульсных стабилизаторах низкого напряжения дает применение синхронных выпрямителей, в которых диод заменяется или шунтируется параллельным ключом на МОП-транзисторе (Рис. 6.7).

Контроллер управляет транзисторами VT1 и VT₂ противофазно, т. е. если первый транзистор открыт, то второй закрыт и наоборот. Когда от­крыт VT1 нагрузка преобразователя через дроссель подключена к входу схемы и наряду с питанием происходит накопление энергии в дросселе. Когда открыт VT₂, дроссель включен параллельно нагрузке и отдает ей часть своей энергии.

Потери мощности в МОП-транзисторе пропорциональны сопротивлению открыто­го канала. Выбрав транзистор с достаточно малым сопротивлением открытого канала или включив параллельно несколько МОП-транзисторов, можно снизить потери мощности до весьма малых величин. Про­мышленность выпускает ряд ИМС преобра­зователей с синхронными выпрямителями, как с внутренними МОП-ключами (МАХ887 на ток до 0.6А, МАХ1623 на ток до ЗА), так и для управления внешними МОП-транзисторами (МАХ798, TPS2830, двухканальный LTC1702 и др.). КПД некоторых из этих преобразователей при питании нагрузки напряжением 1.6 В достигает 96%. Фирма International rectifier выпускает МОП-транзисторы, оп­тимизированные для применения в схемах низковольтных синхронных выпря­мителей. Например, транзистор IRF7456 на ток 13 А и допустимое напряжение сток—исток 20 В в открытом состоянии имеет сопротивление канала не более 6.5 мОм, располагается в миниатюрном корпусе SO-8 и не требует радиатора для охлаждения. Сборка IRF7901D1, предназначенная для построения син­хронных выпрямителей на ток до 5 А, содержит два МОП-транзистора, вклю­ченных последовательно, причем транзистор, предназначенный для включения параллельно выходу, зашунтирован диодом Шоттки. Сопротивление открытого канала этого транзистора не превышает 0.023 Ом. Сборка также выполнена в корпусе SO-8. Применение синхронного выпрямителя позволяет наряду с по­вышением КПД устранить также режим прерывистого тока даже при малых на­грузках, что улучшает регулировочные свойства преобразователей. Это достига­ется за счет того, что при малых токах дросселя ток, достигнув нуля, не прекращается, как в схеме с диодом, а меняет направление. При этом он проте­кает по цепи сток—исток транзистора VT₂ (см. Рис. 6.7).

Для питания высокопроизводительных процессоров типа Pentium-Ill и ана­логичных ему по классу некоторые фирмы выпускают ИСН с цифровым управ­лением. Например, National Semiconductor производит семейство понижающих стабилизаторов LM2636/7/8 с синхронными выпрямителями, выходное напря­жение которых устанавливается с помощью 5-разрядного ЦАП. Стабилизатор управляется от процессора, который в зависимости от своей загрузки может из­менять напряжение питания вычислительного ядра от 1.3 до 3.5 В.