将二次侧二极管整流改为同步整流方式来改善效率的应用设计

本系列文章探讨了旨在将现有二次侧二极管整流方式AC/DC转换器的二次侧替换为二次侧同步整流用电源IC，改为同步整流方式来改善效率的设计案例。这里给出使用替换前的二次侧二极管整流方式、替换为BM1R00147F后的高边型和低边型共3种评估板实测效率得出的结果。测试条件为输入电压400VDC、输出电压5VDC、输出电流0～10A。

上图为输出电流（Iout）整个范围的效率。橙色曲线是替换前的二极管整流方式的效率。蓝色和红色为替换为同步整流方式后的效率，蓝色为低边型，红色为高边型。由于两者的效率几乎同等，所以高边型的红色曲线隐藏在低边型的蓝色曲线后面。从图中还可以看出橙色的二极管整流方式的效率较差，右侧是将纵轴放大后的图。

结果表明，在最大负载10A条件下，替换前的二次侧二极管整流方式的效率为77.3%，替换后为81.3%（低边）和81.6%（高边），效率提高了4%。

该效率差主要是二次侧整流二极管和替换后的MOSFET的损耗差。二次侧整流二极管通常使用FRD（快速恢复二极管）和SBD（肖特基势垒二极管）等。案例中的电源所使用的这些二极管的VF通常为0.5A～1V左右，因此根据简单的传导损耗公式VF×Iout，假设VF为1V，计算当Iout＝10A时的损耗，得出10W的传导损耗。而用于替换的MOSFET的传导损耗Ron×Iout2，在Ron＝4mΩ（根据MOSFET规格）时仅为0.4W，是二极管的1/25。

当然，实际的效率必须考虑开关损耗等其他损耗因素，因此不会这样简单地比较，但二次侧整流元件的损耗是主要损耗，这一点是可以理解的。所以可以说，在无法显著改善二极管自身VF特性的情况下，改为二次侧同步整流方式是大幅改善二次侧二极管整流方式AC/DC转换器效率的有效选择。

下面给出所用评估板的电路图和部件表作为参考。请注意，这里提到的效率仅是该评估中的结果，效率可能会因所使用部件的特性波动和PCB布局等的不同而有所变动。

关键要点：

● 以往的二次侧二极管整流方式和替换后的同步整流方式的效率相比，很明显，同步整流方式的效率更高。

● 同步整流方式中，高边方式和低边方式的效率基本没有差别。

● 效率差的主要因素是二极管整流的二极管损耗（VF）和同步整流的MOSFET损耗（VDS）之间的差。

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