本文给出了一组数据,是二次侧替换前的二极管整流方式 AC/DC 转换器和将二次侧替换为二次侧同步整流用电源 IC BM1R00147F 之后的 AC/DC 转换器的效率比较数据。

 

二次侧二极管整流方式 AC/DC 转换器和二次侧同步整流方式 AC/DC 转换器的效率比较

 

本系列文章探讨了旨在将现有二次侧二极管整流方式 AC/DC 转换器的二次侧替换为二次侧同步整流用电源 IC,改为同步整流方式来改善效率的设计案例。这里给出使用替换前的二次侧二极管整流方式、替换为 BM1R00147F 后的高边型和低边型共 3 种评估板实测效率得出的结果。测试条件为输入电压 400VDC、输出电压 5VDC、输出电流 0~10A。

 

 

上图为输出电流(Iout)整个范围的效率。橙色曲线是替换前的二极管整流方式的效率。蓝色和红色为替换为同步整流方式后的效率,蓝色为低边型,红色为高边型。由于两者的效率几乎同等,所以高边型的红色曲线隐藏在低边型的蓝色曲线后面。从图中还可以看出橙色的二极管整流方式的效率较差,右侧是将纵轴放大后的图。

 

结果表明,在最大负载 10A 条件下,替换前的二次侧二极管整流方式的效率为 77.3%,替换后为 81.3%(低边)和 81.6%(高边),效率提高了 4%。


该效率差主要是二次侧整流二极管和替换后的 MOSFET 的损耗差。二次侧整流二极管通常使用 FRD(快速恢复二极管)和 SBD(肖特基势垒二极管)等。案例中的电源所使用的这些二极管的 VF 通常为 0.5A~1V 左右,因此根据简单的传导损耗公式 VF×Iout,假设 VF 为 1V,计算当 Iout=10A 时的损耗,得出 10W 的传导损耗。而用于替换的 MOSFET 的传导损耗 Ron×Iout2,在 Ron=4mΩ(根据 MOSFET 规格)时仅为 0.4W,是二极管的 1/25。

 

当然,实际的效率必须考虑开关损耗等其他损耗因素,因此不会这样简单地比较,但二次侧整流元件的损耗是主要损耗,这一点是可以理解的。所以可以说,在无法显著改善二极管自身 VF 特性的情况下,改为二次侧同步整流方式是大幅改善二次侧二极管整流方式 AC/DC 转换器效率的有效选择。


下面给出所用评估板的电路图和部件表作为参考。请注意,这里提到的效率仅是该评估中的结果,效率可能会因所使用部件的特性波动和 PCB 布局等的不同而有所变动。