超级势垒整流器提供免费设计效率

日期:2019-11-18

超级势垒整流器可以像肖特基二极管一样使用,同时为一系列应用提供显著的即时增益。
作者:Shane Timmons产品营销经理,Diodes公司
 
基于现有技术的连续几代功率半导体器件在努力提供能量效率的递增改进。现在有一种通过专有技术实现的器件,使电源在性能和效率上实现了显著的飞跃——超级势垒整流器(SBR)。
最大化功率效率已经成为几乎所有类型电气和电子系统设计者的关键问题,例如移动和智能设备、汽车电子、楼宇自动化和数据中心。除了提高能量等级外,更高的功率效率还可以简化热管理、减小尺寸和重量以及延长电池运行时间。
 
专注于汽车照明
汽车行业正经历着向基于LED的外部照明的大规模转变,尤其是因为它可以降低汽车的电力消耗。随着人们对节能需求的日益认识,混合动力和电子汽车的特性以及随后电子动力和燃油经济性(或行驶里程)之间的联系越来越被广泛理解。
为了鼓励更广泛的市场吸引力,该行业不断寻求进一步提高LED照明系统的效率,特别是日间行车灯(DRL)。由于日间行车灯在汽车行驶过程中持续亮起,主要是作为一项安全功能,它们也开始定义某些车型和品牌的标志性外观。作为一个“常开”功能,提高LED DRL的一个方法是解决LED驱动器/控制器电路中的功率转换效率。
降压拓扑通常用于汽车应用,为各种应用提供DC-DC转换,包括LED串所需的驱动电压。图1显示了一个简化的电路,其特征是集成了二极管的ZXLD1371降压升压LED驱动器/控制器。这是一个通用电路,通常包含一个开关MOSFET(Q1)和一个自由转动二极管(D1)。
 

图1:用于DRL应用的Buck-Boost LED驱动器的简化原理图
 
由于这是一个升压转换器,MOSFET和续流二极管中的峰值电流远大于LED的平均电流,因此这两个元件的导通和开关损耗对整个转换器的功耗有着显著的影响。
与传统的整流二极管相比,肖特基二极管具有较低的正向电压降(VF)和较快的开关能力,因此被选为最有效的选择;然而,反向漏电流相对较高,且随温度升高而增大。
虽然超级势垒整流器(SBR)的性能类似于肖特基二极管,但SBR在开关转换器中具有更高的效率,尽管其结构意味着正向电压和反向恢复时间是可比的,但随着温度的升高,泄漏电流会更低,更稳定。雪崩能力也显著提高,导致更大的耐用性。表1比较了控制具有相似反向电压和电流额定值的SBR和肖特基二极管的自由转动性能的关键参数。
 
表1:SBR二极管与典型肖特基二极管的比较

 
皮下SBR
SBR是一种专利的二极管集成技术,使用金属氧化物半导体(MOS)制造工艺。MOS沟道的存在对大多数载流子形成了一个低势垒,导致在低电压下与肖特基二极管类似的正向偏压性能。但是,由于P-N耗尽层的重叠和势垒的不降低,漏电流要低得多。
SBR由与肖特基二极管相同的电子原理图符号表示。实际上,内部结构就像一个MOSFET,栅极和源极端子连接在一起,形成SBR阳极端子。MOSFET漏极充当SBR阴极。
除了表现出低泄漏、高温度稳定性和雪崩能力外,SBR在任何电路中的表现都像二极管,因此它是可比肖特基器件的替代品。无需重新设计印刷电路板或添加额外组件,SBR可立即提高效率,降低器件外壳温度,从而简化热管理并提高可靠性。
 
效率更高,运行更凉爽
表1比较了由ZXLD1371控制的相同降压DRL电源中的SBR和肖特基二极管,如图1所示。SBR显示出显著的效率优势,在更高的环境温度下,肖特基电路效率降低了6%,如图2和图3所示。
 

图2:25°C环境温度下的效率比较
 

图3:85°C环境温度下的效率比较
 
根据环境温度绘制两个电路的效率图(图4)表明,由于二极管VF、泄漏电流、开关损耗以及整个系统损耗的增加,效率随着温度的升高而降低。与肖特基二极管电路相比,SBR优越的温度稳定性最大限度地降低了这种效率损失。
 

图4:在较高的环境温度下,SBR的效率优势更大
 
SBR的优越效率带来了双重好处,既节能又降低了器件的工作温度。图5显示了在整个环境温度范围内,SBR外壳温度始终比肖特基二极管低5°C左右。这种较低的温度允许DRL设计人员更自由地管理散热器的大小和成本,同时也实现所需的系统可靠性。
 

图5:较低的SBR外壳温度有利于热管理和可靠性设计
 
10V直接升级到300V
Q系列SBR,包括SBR100100P5Q,是为汽车应用而优化的;然而,二极管提供涵盖各种电压额定值和封装风格的SBR,为其他行业(如工业、消费电子、通信和计算机系统)提供效率和可靠性优势,还有环保技术,比如太阳能电池板中的旁路二极管。极低的VF将温升降至最低,以保持系统的可靠性,并且设备具有宽的工作温度窗口,确保符合太阳能行业安全标准IEC 61730-2。
额定电压高达300V的器件适合于开关电源(SMPS)和太阳能逆变器等应用。除了优越的效率和较低的表面温度外,SBR还具有较高的浪涌电流额定值,可承受不可预测的功率流和雷击等危险。
 
结论
I在当今注重能源和效率的世界中,SBR能使功率转换性能发生了有价值的阶跃变化。通过减少泄漏电流、改善开关性能、可比或更低的VF和出色的温度稳定性,SBR提供了优越的效率,而无需任何额外的设计努力,以减少大量应用的上市时间。由于工作温度较低的附加优势,用于覆盖汽车LED照明、消费者适配器和可再生能源系统的电源转换器可以提供卓越的性能和可靠性,同时满足最新的生态设计目标和安全标准。
 
www.diodes.com

订阅我们的通讯!

电子邮件地址