在諧振轉換器的同步整流MOSFET功率消耗損失

在諧振轉換器的同步整流MOSFET功率消耗損失

為了提高PC 電源供應器(Switching Mode Power Supply)的效率(Efficiency) ，通常會使用LLC諧振轉換器(Resonant Converter)或串聯諧振轉換器(Series Resonant Converter)和同步整流電路(Synchronous Rectification Circuit) 。 在+12V/25A輸出， 60V MOSFET常被用於二次側同步整流電路中。在此我們將根據理論和實際上電壓及電流波形( Voltage and Current Waveform)來探討他們功率消耗損失(Power Loss)的差異。


在計算功率消耗損失中， 將運用近似法及積分法， 來初步估計損失。 在真實的波形(Waveform), 我們發現到本體二極體導通損失(Body Diode Conduction Loss)，幾乎佔了大部分功率消耗損失， 其乃是由於MOSFET提早關掉(Turn Off) 。我們也量測同步整流控制IC (SR control IC，TEA1791)的Vsense 信號，去了解MOSFET提早關掉的原因。為了提升效率，可以從幾方面著手， 例如降低本體二極體的順向電壓(VF)值， 或者減少本體二極體導通時間， 使其電流MOSFET通道(Channel)時間變長。

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作者： Allan Chiu / FAE Manager, Alpha & Omega Semiconductor

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在準諧振轉換器中的同步整流MOSFET是設計成功關鍵

在輸出電流超過4安培的筆記型電腦電源轉換器(NB adapter)，為了獲得較高整體效率，同步整流(Synchronous Rectification) MOSFET被廣泛使用去取代次級側的蕭特基二極體(Schottky diode)。

現今有兩種技術來控制同步整流MOSFET--次級側控制積體電路(Integrated Circuit)和離散解決方案。在離散方案中，變壓器次級側額外線圈提供足夠電壓給閘極(gate)驅動而且同步整流MOSFET藉由電流變壓器感應MOSFET上的電流來停止導通。

雖然兩種技術一般都會被使用，不過同步整流MOSFET重要參數像Qg和Coss需要被檢視去防止在特定負載條件下，反馳轉換器(flyback converter)的初級側MOSFET和次級側MOSFET發生交越導通(Cross conduction)。

在較輕負載時，Crss較小可以降低同步整流MOSFET開始導通時的交越損失(Switching loss)，因而改善整體效率.同步整流MOSFET的內部二極體有軟式恢復能力可使得其電壓和電流的抖動(Ringing)相對減少，同時帶來較少電磁干擾(EMI)問題。

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作者：Allan Chiu╱FAE Manager of Alpha & Omega Semiconductor

高壓MOSFET為半橋諧振轉換器設計成功關鍵
半橋諧振轉換器(Half bridge resonant converter)為了高效率常被設計操作在軟式切換的高工作頻率，因而可以使用較小散熱片和薄型臥式變壓器。藉由縮小一般體積大的零件產生高功率密度和減少材料清單的成本。這些特性使得半橋諧振轉換器廣泛應用在消費性產品的交換式電源供應器中如薄型液晶電視(low profile LCDTV) 的電源供應器。

在此轉換器，上橋和下橋兩者MOSFET交替地被軟式切換導通和截止；為了確保此轉換器的正常操作，這些MOSFET的選擇顯得相當重要。高壓MOSFET的一些重要參數像Coss、內部二極體的Trr 和 Qrr 會影響電源供應器在開機、關機和輸出短路時的動態效能。

當在具體說明半橋諧振轉換器的MOSFET時，其他零件的選擇在MOSFET的影響是很重要. 例如LLC共振槽電路(LLC resonant circuit)的元件參數不適當，此轉換器很容易從軟式切換的電感模式移到硬式切換的電容模式；此後者也許會造成 MOSFET的損壞。

為了說明在轉換器設計相關於MOSFET問題的影響，我們將研究半橋LLC諧振轉換器的效能。. 它被使用在開放結構的電源供應器，LLC專有名詞區隔了此轉換器和LC串聯共振轉換器的不同。此LLC諧振轉換器除了諧振電感Lr，還考慮在死區去達成軟式切換的積磁電感Lr。在此被描述的轉換器當輸入400Vdc時，會產生+12V/11.25A的輸出。

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作者：Allan Chiu / FAE manager, Alpha & Omega Semiconductor