二次側二極管整流方式AC/DC轉換器和二次側同步整流方式AC/DC轉換器的效率比較

 

本系列文章探討了旨在將現有二次側二極管整流方式AC/DC轉換器的二次側替換為二次側同步整流用電源IC，改為同步整流方式來改善效率的設計案例。這里給出使用替換前的二次側二極管整流方式、替換為BM1R00147F后的高邊型和低邊型共3種評估板實測效率得出的結果。測試條件為輸入電壓400VDC、輸出電壓5VDC、輸出電流0～10A。

 

 

上圖為輸出電流（Iout）整個范圍的效率。橙色曲線是替換前的二極管整流方式的效率。藍色和紅色為替換為同步整流方式后的效率，藍色為低邊型，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，右側是將縱軸放大后的圖。

 

結果表明，在最大負載10A條件下，替換前的二次側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整流二極管和替換后的MOSFET的損耗差。二次側整流二極管通常使用FRD（快速恢復二極管）和SBD（肖特基勢壘二極管）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，因此根據簡單的傳導損耗公式VF×Iout，假設VF為1V，計算當Iout＝10A時的損耗，得出10W的傳導損耗。而用于替換的MOSFET的傳導損耗Ron×Iout2，在Ron＝4mΩ（根據MOSFET規(guī)格）時僅為0.4W，是二極管的1/25。

 

當然，實際的效率必須考慮開關損耗等其他損耗因素，因此不會這樣簡單地比較，但二次側整流元件的損耗是主要損耗，這一點是可以理解的。所以可以說，在無法顯著改善二極管自身VF特性的情況下，改為二次側同步整流方式是大幅改善二次側二極管整流方式AC/DC轉換器效率的有效選擇。

 

下面給出所用評估板的電路圖和部件表作為參考。請注意，這里提到的效率僅是該評估中的結果，效率可能會因所使用部件的特性波動和PCB布局等的不同而有所變動。

 

 

關鍵要點:

 

●    以往的二次側二極管整流方式和替換后的同步整流方式的效率相比,很明顯，同步整流方式的效率更高。

 

●    同步整流方式中，高邊方式和低邊方式的效率基本沒有差別。

 

●    效率差的主要因素是二極管整流的二極管損耗（VF）和同步整流的MOSFET損耗（VDS）之間的差。

 

 

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