参考资料：

嵌入式-硬件-DCDC（BUCK）电路分析_dcdc buck-CSDN博客

1、基本原理

上图左是异步BUCK，右图是同步BUCK。右边使用元件较多，但是效率高，发热小。同样输出功率的前提下，虽然右边元件多，但是设计的PCB仍然会比左边小。右边除了成本略高，其他方面比如性能、PCB布局面积、转换效率，都比左边好。左边只有一个优点，成本略低。

先来看下基本原理：

以左边为例，Q1是MOS，且大多是NMOS，D1是肖特基二极管，特点是正向压降小，可以减小Q1关闭后的损耗。

Q1导通后，会给L1充电，电流流向是：电源正极->Q1->L1->负载->GND，如上图红色线所示。
Q1关闭后，由于电感电流不能突变，L1会继续给负载供电，电流流向是：L1->负载->D1，如上图绿色线所示。二极管的作用是给L1提供回流路径，所以叫“续流二极管”。
根据伏秒平衡原则，控制Q1的通/断时间的比例，就可以控制输出电压。

虽然肖特基二极管比普通二极管正向压降低，但是损耗仍然很大，所以才有了右图，用另一个NMOS（Q2所示）取代二极管，提供续流功能。

Q1的通电时间，是由DCDC芯片内部控制逻辑电路控制的，DCDC芯片都有个FB引脚，也即feedback负反馈引脚，可以实时采集输出电压的变化，如果输出电压低于设定值，就会让Q1导通，进行充电以便提高输出电压；反之亦然。判定是低于还是高于，靠的是DCDC芯片内部的一个比较器，比较器有两个输入，一个是基准电压（比如1.2V，不同的芯片有所不同），另一个就是FB的电压，如下图所示，然后经过误差放大器ERROR AMP，这就是个最简单的P比例控制。当然下图的功能更强，还做了个SS（Soft-Start）软启动功能，这个功能不是标配，暂且不表。

图 DCDC内部原理图

上图来自TI的DCDC控制器数据手册，型号见上图标识。

2、为什么不用PMOS

同步BUCK一般会用两个NMOS，如上图。

（1）PMOS的导通电阻Ron比NMOS高，所以损耗大。

（2）NMOS的开关速度比PMOS快，这也有助于减小损耗，众所众知，MOS的损耗主要发生在开关瞬间，也即半打开的状态时。

（3）同样指标参数下，PMOS更贵，成本高。

3、2个NMOS的使用方法

先来回顾一下NMOS的导通条件：G极电压需超过S极电压一定范围（数据手册中一般标记为VGSth，threshold），D和S之间才能导通。大多数MOS的VGSth在2~3V左右。

NMOS日常使用中有2个常用规则：（1）负载一般放在MOS的D端，S端接地，这样G极只需要少许电压即可导通DS。（2）一般让电流从D->S。

不过在DCDC的外围电路中，以上2个规则，都被打破了。。。下面分别介绍：

（1）高侧的NMOS，也即上图的Q1，电感和负载都接在了S极，这种情况下，由于S极的对地电压为VOUT+VL，G极需要>=VOUT+VL+VGSth，才能导通，这个要求过于苛刻。在DCDC中是这样解决的：增加一个自举电路，把G极电压抬到很高，这样就能满足导通条件了。

在前面的DCDC原理框图中，我们可以看到第PIN16_VCC和PIN18_HB之间有个二极管，这个叫自举二极管，在HB和PIN20_SW之间有个电容叫CHB，这就是自举电容了。他们负责给Q1的栅极提供大驱动电流。由于SW接的就是Q1的S极，CHB的能量就会加在MOS的GS上，促进MOS的导通。

（2）Q2是用来在Q1关断时，给电感和负载提供续流回路的，电流的流向是S->D。自己搜索一下关键词【MOS的双向导通性】就知道了。原来我们平时的常规用法束缚了思想，MOS只要满足G极和S极的电压要求，D和S之间就会变成一根存在小电阻的导线，电流是可以双向流动的。下面是英飞凌的知乎官号的一个回答。

4、高侧MOS也可以使用PMOS

前面说了，市面上大多数同步BUCK DCDC芯片都设计成了使用两个NMOS，但也不是绝对的，

例如美国MPS(芯源半导体)的MP2162A、MP2158A这两个DCDC芯片，它的高侧MOS就选用了PMOS，这时就不需要自举电路了。