二極管整流和側同步整流AC/DC和轉換器案例比較解析

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。

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。

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