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2020.05.13 AC/DC

前言

提高AC/DC轉換器效率的二次側同步整流電路設計

前言

近年來,對AC/DC電源的效率要求越來越高(參考報導)。其中一種提高AC/DC轉換器效率的方法是將二極體整流方式變為同步整流方式。在DC/DC轉換器的案例中,透過採用同步整流方式可使效率顯著提升已經是眾所周知的事實。對於AC/DC轉換器來說也是如此,如下圖所示,很容易理解透過將二次側的整流二極體變更為MOSFET,可大大降低這部分的損耗並提高效率。

在簡單的比較範例中,如果二極體的IF為3A、VF為1V,則損耗為3W。將二極體替換為導通電阻10mΩ的MOSFET後,損耗用I2R計算得出0.09W,低於二極體的1/30。

那麼,為什麼目前仍然有很多AC/DC轉換器還採用二極體整流方式呢?

例如,很多中等功率以下的AC/DC轉換器採用PWM反激方式,並根據輸入輸出條件和變壓器規格以連續模式工作。如果將這種方式簡單地與同步整流方式組合的話,在連續模式工作時將無法正常控制,一次側切換元件(MOSFET)和二次側整流元件(MOSFET)將同時導通,可能會因直通電流(Flow-through Current)導致元件損壞。因此,會產生一些限制,比如增加防止同時導通的電路、採用不會以連續模式工作的準諧振方式、或使用時僅透過不連續模式工作等,存在一些無法簡單地採用同步整流方式的課題。

然而,AC/DC轉換器的效率改善是必須的,二極體等元件的技術是有局限性的,所以,研發出了二次側同步整流控制器。在這裡將使用二次側同步整流控制ICBM1R001xxF系列,介紹將二極體整流的AC/DC轉換器改為同步整流方式的設計案例。

計畫介紹的內容如下:

  • 設計步驟
  • 設計條件
  • 控制IC選型
  • 元件選型
  • 電路工作調整
  • PCB佈局
  • 特性評估

重點:

・由於各國的嚴格規定,改善AC/DC轉換器的效率已經是勢在必行。

・返馳式AC/DC轉換器採用二次側同步整流方式存在著要避免直通/擊穿狀態等課題。

・已經開發出用來實現二次側同步整流的控制IC。

PWM返馳式轉換器設計範例