通过分析MOSFET功耗产生机制来提高同步整流效率精选.pdfVIP

为同步整流选择最优MOSFET 应用笔记，版本2.0，2010年5月 为同步整流选择最优MOSFET 应用笔记 2.3 版，2009 年5 月 为同步整流选择最优MOSFET 1. 导言 电源转换器的封装密度日益提高和节能标准越来越严格，要求不断提高电源级的能效。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），才可能达到很高的能效水平。用MOSFET来替代二极管引发了新的挑战 ——优化系统能效和控制电压过冲。本应用笔记介绍了面向英飞凌OptiMOS™3解决方案的 优化表（适用于30 V、40 V 、60 V、75 V、80 V、100 V、120 V和150 V等应用），有助 于选择最佳MOSFET。 图1. 二极管整流与同步整流之比较 2. 同步整流基础知识 要选择最优MOSFET用于执行同步整流，必须充分理解MOSFET的功率损耗机制。首先， 必须区分开随负载而变化的传导损耗与基本保持不变的开关损耗。传导损耗取决于 MOSFET的RDS(on)和内置体二极管的正向电压VSD 。随着输出电流的提高，传导损耗（RDS(on) 损耗）也会相应地增加。为确保两个SR MOSFET之间的互锁，以避免出现贯通电流，必 须实现一定的死区时间。因此，在开启一次侧之前，必须关闭相应的MOSFET。由于该 MOSFET正在传导全部续流电流，因此，这些电流将不得不从MOSFET通道，转而流向内 置的体二极管，并由此产生额外的体二极管损耗。体二极管的导通时间很短，仅为50 ns至 100 ns左右，因而，当输出电压比体二极管的正向电压高得多时，这些损耗可以忽略不计。 取决于电源转换器的开关频率和输出负载，开关损耗对 MOSFET 的总功率损耗有很大影 响。MOSFET 开启时，必须对栅极进行充电，以产生栅极电荷Q 。MOSFET 关闭时，则 g 必须将栅极中的电荷放电至源极，这就意味着，Q 将消散在栅极电阻和栅极驱动器中。对 g 于特定 MOSFET 解决方案，栅极驱动损耗会随着 RDS(on)的降低而增加，因为裸片越大， 应用笔记 2.3 版，2009 年5 月 为同步整流选择最优MOSFET Q 就越多。 g 在总开关损耗中占很大比例的另一种损耗与MOSFET的输出电容C 和反向恢复电荷Q 有 oss rr 关。MOSFET关闭时，必须将Q 移走，并且必须将输出电容充电至次级变压器电压。这个 rr 过程会导致反向电流峰值，同时，电流交换环路也会产生的感应电压。所以，这些电量将 被转移至MOSFET的输出电容，加上之前存储的电量，将由此产生电压尖峰。这些电量将 触发LC振荡电路。LC振荡电路的性能取决于印刷电路板的感应系数和MOSFET的输出电容 Coss 。LC电路的寄生串联电阻将减弱振荡。由于这种在关闭过程中产生的感应电量直接取 决于MOSFET Coss （相应地，当输出电容被充电至次级变压器电压时，则为输出电荷Qoss ）， 因此，总Coss 决定了关闭过程中产生的电容损耗。对于栅极电荷也是如此，Qoss会随着RDS(on) 的降低而增加。因此，总是能找到可以实现最高效率的传导损耗与开关损耗之间的平衡点。 大致上，对于OptiMOS™3产品而言，Q 可以忽略不计，因为其对总功率损耗的影响微乎 rr 其微。在这种情况下，Q 仅被视为MOSFET体二极管的反向恢复电荷，而数据表