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通过分析MOSFET功耗产生机制来提高同步整流效率

资料介绍


应用笔记,版本2.0,2010年5月

通过分析MOSFET功耗产生机制来提高同步整流效率


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1. 摘要
80 PLUS®
[1]计划的推行,要求将开关电源(SMPS)的系统总体能效提高至90%。隔离式电源转换
器的次级整流产生的严重的二极管正向损耗是主要的损耗。因此,只有利用同步整流(
SR),才可能达到如此高的能效水平。要实现理想的开关性能,必须充分理解SR
MOSFET的功耗产生机制。本文分析了SR
MOSFET的关断过程,并且提出了一个用于计算功耗以优化系统能效的简单模型。

2. 导言
随便看一个开关电源,你都可以在电源转换器的二次侧发现一个整流级。整流级的任务
是对经由变压器从SMPS的一次侧转移至二次侧的方波电源信号进行整流。SMPS通常利用
功率二极管来实现整流(请参见图1)。但是,功率二极管具有0.5
V乃至更高的正向压降,并且会产生较高输出电流,因此会造成严重的导通损耗,从而大
大影响整个电源转换器的能效。为了最大限度地降低这些整流损耗,可以利用最新功率
MOSFET来代替二极管。最新的功率MOSFET能够大幅降低导通损耗,特别是在输出电流较
高的情况下。在考虑低负载效率时,关注的焦点不是导通损耗,而是开关损耗。因为相
比于二极管,MOSFET的开关损耗高得多。对系统能效的其他重要影响来自栅极驱动和旨
在遏制关断过程中的过电压尖峰的缓冲网络。这是一个十分复杂的系统,因此,必须深
刻理解所有参数相互之间的关系,才能优化系统能效。[2] [3]
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图1. 同步整流与二极管整流之比较

3. SR MOSFET关断性能分析
为便于理解SR开关的关断过程,图2所示为几个最重要的波形的示意图。
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图2. SR MOSFET的关断性能(按不同开关点分段)

分析首先从开关的导通状态开始:此时,栅极电……
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