“ROHM借助更合适的同步整流技术满足市场诉求”

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/ h /简介

同步整流( sr )控制器可以提高电源的转换效率。 本文将介绍这些特征以及如何使电源开发人员更容易工作。 凭借优异的性能，碳化硅( sic )和氮化镓( gan )等宽带隙( wbg )功率半导体取代了以往主导的硅处理方式，呈现出市场的转变。 手机充电器等多个应用场景，特别要归功于gan技术的高速发展。 gan晶体管不仅提供比硅晶体管更高的开关速度，还降低了许多mosfet必须应对的传导损失。 考虑到手机充电器交流/直流转换所需的漏极电压，650 vds gan晶体管显然是一个很好的处理方案。 为此，手机充电器制造商已经采用了gan处理方案。 与以前流传的充电器相比，这个充电器的尺寸可以减半。 为了提高人们对节能和缓解气候变化的意识，对高效率的要求越来越重要。 gan晶体管具有良好的开关性能，因此希望进一步提高电力转换的效率。 大幅提高效率的一个方法是使用同步整流( sr )代替无源整流器。 本文介绍的sr控制器是能够提高效率的潜在处理方案。

/ h/通过按键数据sr控制器提高电源效率[/s2/ ]

基于 宽带隙半导体的电源，由于其小型化和良好的开关性能，在各种充电处理方式中越来越受到欢迎。 但是，制造商需要提高电源转换效率。 sr控制器是提高电源效率的潜在处理方法。 这些有很多优点，可以使实验室电源设计者的工作更简单。

高于/ h/的电力转换效率

同步整流的电力转换效率提高的特征如图1所示。 在此，对两个rohm判断套件bm2p094fevk-001和bm1r00147f的效率测试结果进行了比较。 结果表明，基于sr mosfet控制器的bm1r00147f同步整流处理方式的特征远远大于二次侧的二极管整流方式。 根据判定套件的规格( 90v至264vac )，测试输入电压范围使用世界通用范围。 bm2p094-001-evk在不连续电流模式( dcm )下工作，输出规格为5v和1a。 在vin = 100vac的全条件下，二极管整流的功率转换效率为74.76%，而sr控制器的功率转换效率为81.07%。 电力转换效率提高了6.31%。 另一方面，在vin = 230v ac条件下，效率也提高了5.98%。

图1 :二极管整流和sr控制器之间的电力转换效率数据比较(图像来源: rohm ) ) )。

高于/ h/的充电功率

随着充电电流的增大，手机、平板电脑、笔记本电脑充电器等小型电源需要更高的额定功率。 以往充电器的充电功率为5w(5v、1a )和10w ) 5v、2a )，但由于现在手机、平板电脑和其他外围设备的画面尺寸的增大，市场上要求快速充电30w。

增加充电功率会增加充电电流，引起几种情况。 充电电流较大时，电源在连续电流模式( ccm )下工作，充电电流较小时，电源主要在不连续电流模式) dcm下工作。 这意味着对整流二极管来说，负载会因硬件开关而增加。 通过rohm sr控制ic的控制特性，可以降低这种多余的负荷。 在ccm模式下，电路整体的效率一般较高。 另外，二极管整流器的电流越大损耗越高，因此与此相比，同步整流方法更具特点。

为了尽可能有效地满足市场诉求，rohm开发了单通道和双通道同步mosfet控制器(图2 )。 bd1r001xxf中内置了两个芯片。 BD87007FJ(1通道)和bd85006f ) 2通道)内置1芯片，可以实现sr控制器和并联稳压器2种功能。 这些设备的封装类型和规格概要见图3。 以下说明这些控制器的部分功能。

图2:rohm的单通道和双通道同步mosfet控制器能够有效满足市场诉求(照片来源: rohm ) )。

图3 :同步mosfet控制器的参数概要(图像源: rohm ) )

/ h/设定强制关闭时间[/s2/ ]

与 CCM模式相比，mosfet处理方式下，dcm模式下的漏极-源极间电流被提前切断，到mosfet被切断为止需要时间。 二次侧的mosfet断开时，变压器线圈、mosfet的寄生电容和输出电容共振。 为了防止这种共振，设计者必须设定屏蔽时间，因为漏极可能会响应而错误地激活栅极。 rohm sr系列的强制off时间，实现从栅极未启动时到2次侧mosfet的漏极响应。 根据强制关闭时间的不同，bm1r001xxf系列可以用于各种电源。 开发者可以通过漏极引脚的外部电阻(图4 )手动设定强制off时间。 该时间需要设计得比一次侧控制器的开关频率短(从二次侧mosfet ton减去开关时间) )。

图4 :按产品分类的强制关闭时间(图像来源: rohm ) ) )。

/ h/设定最大吨位时间[/s2/ ]

在 连续电流模式( ccm )下，该mosfet会经历行为的突变，因此在前一个开关周期仍处于激活状态下，下一个开关周期开始。 因此，在采用二极管整流方式时，强烈推荐使用超高速恢复二极管。 sr控制器的mosfet上设有具有恢复延迟时间功能的栅极端子。 由此，只要没有指定适当的延迟时间，一次侧开关和二次侧mosfet就可以通过电流。 bm1r001xxf在vout x 1.4处开始计算漏极电压的上升沿，控制器在由外部max_ton电阻设定的设计时间后断开。 如图5所示，开发者必须使max_ton总是比初级侧控制器的开关频率短。 max_ton电阻的设定范围请设为56k至300k。 max_ton为10 &微机； sec ( rton = 100k和omega )； 的情况下，精度会提高。

图5 :基于外部电阻的max_ton和精度设定(图像源: rohm ) )。

内置可将消耗电流减少90%的并联稳压器

为了调整输出段的电压，需要分流稳压器作为电压的标准。 为了通过电阻维持必要的电压，必须使并联电流流过分流稳压器。 bm1r001xxf系列内置有与一般的并联稳压器相比只消耗十分之一电流的并联稳压器。 这样不仅简化了设计，还降低了并行控制器在待机模式下的功耗。 另外，芯片内部的分流调节器和sr控制器是分离的。 用于h侧时，分流稳压器的接地可以作为h侧的接地使用。 不使用内部并联稳压器时，端子sh_in、sh_out、sh_gnd可以保持未采用。 与外部采用分流调节器的应用场景相比，rohm还开发了bd87007fj。 bd87007fj的并联电流明显低于bm1r001xxf系列(图6 )。

图6 :启动时处于静电电容模式的波形[左]和bd85506f的缓慢启动动作[右] (照片来源: rohm ) ) ) ) ) ) ) ) ) ) ) ) ) ) ) )。

图7:rohm的内部并联稳压器的并联电流只有以前传导的并联稳压器的十分之一。 (照片来源: Rohm ) )。

/ h// s2/用于LLC拓扑的双通道sr mosfet控制器

启动级和输出级不稳定时，llc电路容易进入电容模式。 电流峰值足够大的话，最坏的情况下会破坏mosfet。 rohm与llc拓扑设计的双通道同步整流mosfet控制器bd85506f相比，配备了慢启动功能。 在静电容量模式下，ic在启动阶段不再工作，但ss引脚会被充电。 ss引脚的电压超过0.5v时，慢启动功能生效，ic开始工作。

通过输入开路保护mosfet

如果控制器的输出和栅极之间存在不连续，mosfet将无法导通，电流流过主体二极管，mosfet过热。 bd85506f配备了引脚开路保护功能。 开路状态的持续时间超过2ms时，bd85506f sh_out引脚中流动的电流会因一个光电耦合器而减少。 这会使一次侧控制器的业务停止。

/ h /结论

rohm的sr控制器的目的是提供易于整合的同步整流处理方式。 虽然此sr控制器支持本文中介绍的多个功能，但几乎不需要外部组件。 因此，rohm的sr控制器在ccm模式和dcm模式下都可以实现高性能的同步整流处理方案。 sr-ic的其他可选机型中还内置分流稳压器，不仅具有灵活的接地基准，待机功率也非常低。

来源：企业之窗