AC-DC｜設計篇

提高AC/DC轉換器效率的二次側同步整流電路設計 前言

2020.05.13

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。

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

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