本文給出了一組數據,是二次側替換前的二極管整流方式AC/DC轉換器和將二次側替換為二次側同步整流用電源IC BM1R00147F之后的AC/DC轉換器的效率比較數據。
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。
左圖為輸出電流(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。
下一篇文章計劃介紹PCB布局的注意事項。
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