AC-DC｜設計篇

二極體整流和同步整流的效率比較

2020.10.07

重點

・傳統的二次側二極體整流方式和替換後的同步整流方式的效率相比，很明顯，同步整流方式的效率更高。

・同步整流方式中，高側方式和低側方式的效率基本沒有差別。

・效率差的主要因素是二極體整流的二極體損耗（VF）和同步整流的MOSFET損耗（VDS）之間的差。

本文給出了一組資料，是二次側替換前的二極體整流方式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之後的AC-DC轉換器的效率比較資料。

二次側二極體整流方式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體整流方式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。這裡給出使用替換前的二次側二極體整流方式、替換為BM1R00147F後的高側型和低側型共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。

左圖為輸出電流（Iout）整個範圍的效率。橙色曲線是替換前的二極體整流方式的效率。藍色和紅色為替換為同步整流方式後的效率，藍色為低側型，紅色為高側型。由於兩者的效率幾乎同等，所以高側型的紅色曲線隱藏在低側型的藍色曲線後面。從圖中還可以看出橙色的二極體整流方式的效率較差，右側是將縱軸放大後的圖。

結果表明，在最大負載10A條件下，替換前的二次側二極體整流方式的效率為77.3%，替換後為81.3%（低側）和81.6%（高側），效率提高了4%。

該效率差主要是二次側整流二極體和替換後的MOSFET的損耗差。二次側整流二極體通常使用FRD（快速恢復二極體）和SBD（蕭特基二極體）等。案例中的電源所使用的這些二極體的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。而用於替換的MOSFET的傳導損耗Ron×Iout²，在Ron＝4mΩ（根據MOSFET規格）時僅為0.4W，是二極體的1/25。

當然，實際的效率必須考慮切換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體自身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體整流方式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零件表作為參考。請注意，這裡提到的效率僅是該評估中的結果，效率可能會因所使用零件的特性波動和PCB佈局等的不同而有所變動。