在一個(gè)同步降壓轉(zhuǎn)換器(圖4)內(nèi),集成肖特基二極管的功率MOSFET管可以用作下橋臂開關(guān)(S2),以提高轉(zhuǎn)換器的總體性能。
圖 4 – 單相同步整流降壓轉(zhuǎn)換器拓?fù)?/p>
事實(shí)上,下橋臂體二極管導(dǎo)通損耗(Pdiode,cond)和反向恢復(fù)損耗(PQrr)與二極管正向壓降 (VF,diode)及其反向恢復(fù)電荷(Qrr)密切相關(guān):
如公式(1)和(2)所示,導(dǎo)通損耗隨著開關(guān)頻率、轉(zhuǎn)換器輸入電壓和輸出電流升高而變大。當(dāng)兩個(gè)場效應(yīng)晶體管都是關(guān)斷狀態(tài),電流經(jīng)過下橋臂體二極管時(shí)被稱為死時(shí)。死時(shí)效應(yīng)嚴(yán)重影響二極管導(dǎo)通損耗:當(dāng)死時(shí)較長時(shí),降低體二極管正向壓降有助于導(dǎo)通損耗小化,提高能效。圖5所示是60W、48V - 12V、250 kHz同步整流降壓轉(zhuǎn)換器的能效。
圖5 – 同步整流降壓轉(zhuǎn)換器的能效
現(xiàn)在,我們看一下隔離功率轉(zhuǎn)換器環(huán)境,當(dāng)輸出功率和死時(shí)數(shù)值都很大時(shí),理想的二次側(cè)同步整流器不僅具有盡可能小的 RDSon導(dǎo)通電阻,以降低導(dǎo)通損耗,同時(shí)還應(yīng)優(yōu)化體二極管特性(Qrr 和 VF,diode),以降低二極管損耗(圖(1)和(2)),以大限度降低關(guān)斷尖峰電壓。本文在一個(gè)500W數(shù)字電源內(nèi)對60V標(biāo)準(zhǔn)功率開關(guān)管和內(nèi)置肖特基的功率開關(guān)管進(jìn)行了比較。數(shù)字電源由兩個(gè)功率級組成:功率因數(shù)校正器和內(nèi)置同步整流管的LLC諧振電路。大輸出電流是42 A,滿負(fù)載開關(guān)頻率是80 kHz,死時(shí)1μs。圖6是能效曲線比較。
圖6 – 同步整流降壓轉(zhuǎn)換器的能效
在兩個(gè)拓?fù)鋬?nèi),60 V內(nèi)置肖特基二極管的器件在整個(gè)電流范圍內(nèi)能效表現(xiàn)更好,從而提高了系統(tǒng)總體性能。