¿Cuál es el propósito de usar MOSFET en lugar de diodos de rueda libre en la topología de Buck?

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Por lo general, veo modelos de circuitos Buck en los que se usa un MOSFET en lugar de un diodo de rueda libre. Lo que entiendo de la topología de Buck es que, cuando el MOSFET superior está apagado, no importa si el inferior está encendido o apagado, ya que la corriente irá desde la tierra al inductor a través del diodo del cuerpo.

Entonces, ¿por qué usan este segundo MOSFET? Un MOSFET es generalmente más caro que un diodo, ¿no? ¿No es esto una exageración? ¿O mejora el circuito de alguna manera?

http://www.digikey.co.uk/Web%20Export/Supplier%20Content/Semtech_600/PDF/Semtech_synchronous-vs-asynchronous-buck-regulators.pdf?redirected=1

Los diodos polarizados hacia adelante no son perfectamente conductores; hay una caída de voltaje de 0.7V (0.3V para Schottky) a través de ellos. A altas corrientes, esto da como resultado una disipación de alta potencia a través del diodo. Los diodos de alta corriente también pueden tener un tiempo de recuperación más largo.

Cuando el MOSFET inferior está activado, la corriente fluye a través de él en lugar del diodo del cuerpo. Los MOSFET se seleccionan para baja Rdson (en resistencia), por lo que el mínimo de energía se disipa en el MOSFET.

Además de una mejora en la eficiencia, probablemente la razón más importante para tener un MOSFET "sincronizado" es que el conmutador no entrará en modo discontinuo (ráfaga) con tanta frecuencia. El modo de ráfaga ocurre con cargas ligeras porque la energía mínima por ciclo que puede transferirse es mayor que la demanda de carga.

Esto sucede mucho en cargas variables o cuando los voltajes de entrada son máximos. Causa un voltaje de ondulación significativamente mayor en la salida. Un circuito de conmutación no síncrono tendrá un ciclo de trabajo mínimo en funcionamiento continuo antes de entrar en funcionamiento discontinuo, no hay opción, no puede seguir suministrando energía en exceso a la carga o el voltaje de salida aumentará significativamente.

En un circuito de conmutación síncrona, dado que el exceso de energía se puede eliminar del condensador de salida durante todo el período de tiempo que el MOSFET de paso en serie está apagado, no es necesario que el circuito síncrono entre en funcionamiento discontinuo. Algunos dispositivos le darán la opción de ingresar al modo discontinuo porque puede haber algunos ahorros de energía en cargas livianas, pero esa es una característica impulsada por el cliente / proveedor.

Esto significa que el voltaje de ondulación de salida pico a pico está casi garantizado que será significativamente menor cuando se usa una topología síncrona en casi todas las aplicaciones. Esto, junto con las eficiencias en la región del 95% (reguladores de inversión, por ejemplo) lo convierten en la topología de elección actual.