在一个同步降压转换器(图4)内,集成肖特基二极管的功率MOSFET管可以用作下桥臂开关(S2),以提高转换器的总体性能。
图 4 – 单相同步整流降压转换器拓扑
事实上,下桥臂体二极管导通损耗(Pdiode,cond)和反向恢复损耗(PQrr)与二极管正向压降 (VF,diode)及其反向恢复电荷(Qrr)密切相关:
如公式(1)和(2)所示,导通损耗随着开关频率、转换器输入电压和输出电流升高而变大。当两个场效应晶体管都是关断状态,电流经过下桥臂体二极管时被称为死时。死时效应严重影响二极管导通损耗:当死时较长时,降低体二极管正向压降有助于导通损耗化,提高能效。图5所示是60W、48V - 12V、250 kHz同步整流降压转换器的能效。
图5 – 同步整流降压转换器的能效
现在,我们看一下隔离功率转换器环境,当输出功率和死时数值都很大时,理想的二次侧同步整流器不仅具有尽可能小的 RDSon导通电阻,以降低导通损耗,同时还应优化体二极管特性(Qrr 和 VF,diode),以降低二极管损耗(图(1)和(2)),以限度降低关断尖峰电压。本文在一个500W数字电源内对60V标准功率开关管和内置肖特基的功率开关管进行了比较。数字电源由两个功率级组成:功率因数校正器和内置同步整流管的LLC谐振电路。输出电流是42 A,满负载开关频率是80 kHz,死时1µs。图6是能效曲线比较。
图6 – 同步整流降压转换器的能效
在两个拓扑内,60 V内置肖特基二极管的器件在整个电流范围内能效表现更好,从而提高了系统总体性能。