同步降压拓扑

开关电源的降压拓扑（BUCK）如下图所示，用到了MOS管、电感器和二极管。这个二极管（如下图红框内）是续流二极管或钳位二极管，其正向压降较大、反向功耗大，就算采用了肖特基二极管也是如此。

肖特基二极管正向压降与电流的关系相对固定：一般电流减少10倍，压降减半；如果采用MOS管，它的正向压降几乎与电流成正比：电流减少10倍，压降也减少10倍（MOS管是单载流子，其导通后的V-I特性（电阻RDS）是同金属导体一样的线性关系，而非半导体。

所以在系统轻载时，二极管相对损耗更大（电源效率更低），而且在输入高压、输出低压时（Toff=T*(1-Vo/Vin)）续流二极管的导通时间又占了开关周期的绝大部分。而现在MOS管完全导通电阻RDS小至几mΩ，相比于二极管的压降 > 0.5V，只考虑正向导通功耗的情况下（二极管还有反向恢复功耗），MOS管损耗远小于二极管。

所以是否可以将二极管替换成MOS管呢？

我们知道二极管是不可控开关，只有两个管脚（P,N），而MOS管是可控开关，有3个管脚（G,S,D）。

所以它们在拓扑中是不可以直接互换的，但是只要对MOS管的导通关断进行适当的驱动，是可以完全替代二极管的作用，即MOS管导通/关断时间与被替代的续流二极管导通/关断时间完全相同，其中一种非常简单有效的MOS管驱动方式就是同步驱动方式。

至此在BUCK拓扑开关电源中有了两个MOS管，为了区分两个MOS管的不同位置和作用，称为：上管（高端）和下管（低端）。如下图所示为不同负载程度下，同步BUCK拓扑与非同步（传统）BUCK拓扑对比：

1. 重载时：同步和异步BUCK拓扑都工作在连续导通模式（CCM），两者的工作波形（电感电流）没有本质的差别，如下图重载模式所示，不过根据上面的分析，我们知道同步BUCK拓扑的效率应该会更高；我们看到在重载时，电流方向是固定的：

1, 上管导通时：Vin->Vo（电流增大，能量从Vin转化为电感器磁能以及传输给负载）；

2, 下管/续流二极管导通时：GND->Vo（电流减小，能量从电感器的磁能转化为电能传输给负载）。能量一直是向Vo的方向传输。

2. 轻载时：如下图所示，非同步拓扑工作在断续导通模式（DCM），而同步拓扑依然工作在连续导通模式（CCM），而且同步拓扑中的电感电流不会被截止，这主要是因为下管开启阶段MOS管允许反向电流通过，所以根据伏秒公式：ΔV*Δt = L*ΔI，电流必然会反向流向GND和Vin。

轻载时（IL<ΔI/2），同步BUCK拓扑进入如下图C和D区域（反向电流），此时BUCK拓扑电流流向：

1，下管导通时：Vo->GND（电流增加，能量从Vo转化为电感器磁能）；

2，上管导通时：Vo->Vin（电流减小，能量从电感器磁能转化为电能给Vin充电）。

我们看到轻载时的C/D阶段，能量方向是从Vo(低压)->Vin(高压)，而且对照电流流向，这是一个妥妥的升压（BOOST）拓扑；BUCK和BOOST拓扑是互为镜像关系！