提高AC/DC轉(zhuǎn)換器效率的二次側(cè)同步整流電路設(shè)計(jì)-二極管整流和同步整流的效率比較

本文給出了一組數(shù)據(jù)，是二次側(cè)替換前的二極管整流方式AC/DC轉(zhuǎn)換器和將二次側(cè)替換為二次側(cè)同步整流用電源IC BM1R00147F之后的AC/DC轉(zhuǎn)換器的效率比較數(shù)據(jù)。

二次側(cè)二極管整流方式AC/DC轉(zhuǎn)換器和二次側(cè)同步整流方式AC/DC轉(zhuǎn)換器的效率比較

本系列文章探討了旨在將現(xiàn)有二次側(cè)二極管整流方式AC/DC轉(zhuǎn)換器的二次側(cè)替換為二次側(cè)同步整流用電源IC，改為同步整流方式來(lái)改善效率的設(shè)計(jì)案例。這里給出使用替換前的二次側(cè)二極管整流方式、替換為BM1R00147F后的高邊型和低邊型共3種評(píng)估板實(shí)測(cè)效率得出的結(jié)果。測(cè)試條件為輸入電壓400VDC、輸出電壓5VDC、輸出電流0～10A。

左圖為輸出電流（Iout）整個(gè)范圍的效率。橙色曲線是替換前的二極管整流方式的效率。藍(lán)色和紅色為替換為同步整流方式后的效率，藍(lán)色為低邊型，紅色為高邊型。由于兩者的效率幾乎同等，所以高邊型的紅色曲線隱藏在低邊型的藍(lán)色曲線后面。從圖中還可以看出橙色的二極管整流方式的效率較差，右側(cè)是將縱軸放大后的圖。

結(jié)果表明，在最大負(fù)載10A條件下，替換前的二次側(cè)二極管整流方式的效率為77.3%，替換后為81.3%（低邊）和81.6%（高邊），效率提高了4%。

該效率差主要是二次側(cè)整流二極管和替換后的MOSFET的損耗差。二次側(cè)整流二極管通常使用FRD（快速恢復(fù)二極管）和SBD（肖特基勢(shì)壘二極管）等。案例中的電源所使用的這些二極管的VF通常為0.5A～1V左右，因此根據(jù)簡(jiǎn)單的傳導(dǎo)損耗公式VF×Iout，假設(shè)VF為1V，計(jì)算當(dāng)Iout＝10A時(shí)的損耗，得出10W的傳導(dǎo)損耗。而用于替換的MOSFET的傳導(dǎo)損耗Ron×Iout²，在Ron＝4mΩ（根據(jù)MOSFET規(guī)格）時(shí)僅為0.4W，是二極管的1/25。

當(dāng)然，實(shí)際的效率必須考慮開(kāi)關(guān)損耗等其他損耗因素，因此不會(huì)這樣簡(jiǎn)單地比較，但二次側(cè)整流元件的損耗是主要損耗，這一點(diǎn)是可以理解的。所以可以說(shuō)，在無(wú)法顯著改善二極管自身VF特性的情況下，改為二次側(cè)同步整流方式是大幅改善二次側(cè)二極管整流方式AC/DC轉(zhuǎn)換器效率的有效選擇。

下面給出所用評(píng)估板的電路圖和部件表作為參考。請(qǐng)注意，這里提到的效率僅是該評(píng)估中的結(jié)果，效率可能會(huì)因所使用部件的特性波動(dòng)和PCB布局等的不同而有所變動(dòng)。

下一篇文章計(jì)劃介紹PCB布局的注意事項(xiàng)。