ROHM 借助更合适的同步整流技术满足市场需求

前言

同步整流（SR）控制器可以提高电源的转换效率。本文将讨论它们的优势以及它们如何使电源开发人员更容易工作。宽带间隙性能优异，性能优异（WBG）功率半导体-比如碳化硅（SiC）或氮化镓（GaN）-硅解决方案正在取代以往的主导地位，标志着市场的转折点。手机充电器等许多应用场景，特别受益GaN技术的快速发展。GaN晶体管不仅提供了比硅晶体管更高的开关速度，而且降低了大部分开关速度MOSFET传导损失必须处理。考虑到手机充电器AC/DC转换所需的泄漏电压，650 VDS GaN晶体管显然是更好的解决方案。因此，一些手机充电器制造商已经在使用它GaN解决方案。与传统充电器相比，这种充电器的尺寸可以减小一半。对高效率的要求越来越重要，以提高人们对节能和减缓气候变化的意识。尽管GaN晶体管具有良好的开关性能，但人们也希望进一步提高功率转换的效率。一种显著提高效率的方法是同步整流（SR）取代无源整流器。本文介绍的SR控制器是提高效率的潜在解决方案。

关键数据“SR 控制器提高电源效率

由于其尺寸小、开关性能好，基于宽带间隙半导体的电源在各种充电解决方案中越来越受欢迎。然而，制造商也需要提高电源转换效率。SR控制器是提高电源效率的潜在解决方案， 能使实验室电源设计师的工作更加轻松。

功率转换效率较高

同步整流在提高功率转换效率方面的优势如图所示1所示。这里比较了两个ROHM评估套件BM2P094FEVK-001和BM1R00147F效率测试结果。结果表明，与二级侧二极管整流方案相比，基于SR MOSFET控制器的BM1R00147F同步整流解决方案的优势要大得多。根据评估套件的规格(90V至264VAC），全球通用范围用于测试输入电压范围。BM2P094-001-EVK不连续电流模式（DCM）输出规格为5V和1A。在Vin = 100VAC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％。功率转换效率提高6.31％。而在Vin = 230V AC在这种情况下，效率也提高了5.98％。

图1：二极管整流及SR控制器之间的功率转换效率数据比较 (图片来源:ROHM）

充电功率更高

随着充电电流的增加，小电源(如手机、平板电脑、笔记本电脑等）需要更高的额定功率。充电器以前的充电功率是5W（5V，1A）和10W（5V，2A），但由于手机、平板电脑等外设屏幕尺寸的增加，市场需求达到30W快充。

若增加充电功率，则增加充电电流，从而导致多种情况。充电电流较大时电源在连续电流模式（CCM）工作时间较小，充电电流主要在不连续电流模式下（DCM）下工作。对于整流二极管，这意味着硬开关会增加负载。借助ROHM SR控制IC这种额外负载可以降低控制特性。在CCM在模式下，整个电路的效率通常更高。此外，由于二极管整流器电流越大，损耗越高，因此同步整流模式更具优势。

为尽可能有效地满足市场需求，ROHM开发了单通道和双通道同步MOSFET控制器(图2)。BD1R001xxF有两个芯片。BD87007FJ和BD85006F内置芯片(两个通道)可以实现两个功能:SR控制器和并联稳压器。见图3。这些控制器的些控制器的一些功能。

图2：ROHM单通道和双通道同步MOSFET通过高效率满足市场需求 (图片来源:ROHM）

图3：同步MOSFET控制器参数概述 (图片来源:ROHM）

设置强制OFF 时间

与CCM模式相比，MOSFET解决方案中DCM模式下的漏电电流会提前截止，MOSFET关闭需要延迟一段时间。当次级侧MOSFET变压器绕组关闭时，MOSFET寄生电容和输出电容产生谐振。设计师应设置屏蔽时间，以防止这种谐振(可能导致漏极响应，从而意外激活栅极)。ROHM SR系列的强制OFF时间可以实现一个屏蔽时间-从栅极开始到次级侧MOSFET漏极响应。凭借强制OFF时间，BM1R001xxF该系列可用于各种电源。开发人员可以手动设置漏极引脚上的外部电阻(图4)OFF时间。该时间的设计必须短于初级侧控制器开关频率（从次级侧MOSFET TON减去开关时间)

图4:不同产品的强制性OFF时间(图片来源:ROHM）

设置最大TON 时间

连续电流模式（CCM）下一个开关周期将在前一个开关周期仍处于活动状态时开始MOSFET会经历行为突变。因此，强烈建议在使用二极管整流方案时使用超快恢复二极管。SR控制器的MOSFET具有恢复延迟时间功能的栅极引脚。这将允许电流同时通过初级侧开关和次级侧开关MOSFET，除非未指定合理的延迟时间。BM1R001xxF在Vout x 1.4泄漏电压的上升边缘开始计算，控制器将在设计时间（通过外部）Max_Ton电阻设置)关闭后。如图5开发人员必须使所示Max_Ton开关频率总是比初级侧控制器短。Max_Ton电阻的设置范围应为56k至300k。当Max_Ton接近10 μsec（RTon = 100kΩ）精度会提高。

图5:设置外部电阻Max_Ton和精度 (图片来源:ROHM）

内置并联稳压器的电流消耗减少了90%

为了调节输出电压，需要并联稳压器作为电压参考。为了保持所需的电压，并联电流需要通过并联稳压器。BM1R001xxF与典型的并联稳压器相比，该系列只消耗十分之一的电流。这不仅简化了设计，还减少了待机模式下并联控制器的电流消耗。此外，芯片内的并联稳压器SR控制器是分开的。如果用在H侧面，平行稳压器的接地可用作H侧的接地。若不使用内部并联稳压器，则引脚SH_IN、SH_OUT和SH_GND保持不使用。并联稳压器在外部使用的应用场景，ROHM还开发了BD87007FJ。BD87007FJ并联电流明显低于BM1R001xxF系列(图6)。

图6:电容模式下的波形[左]和BD85506F慢启动行为[右](图片来源:ROHM）

图7:与传统并联稳压器相比，ROHM内并联稳压器的并联电流只有十分之一(图片来源:ROHM）

用于LLC 双通道拓扑SR MOSFET 控制器

当启动和输出级不稳定时，LLC电路容易进入电容模式。如果电流峰值足够大，在最坏的情况下会损坏MOSFET。ROHM针对LLC拓扑设计的双通道同步整流MOSFET控制器BD85506F配备慢启动功能。在电容模式下，IC启动阶段后不再工作，但是SS引脚会充电。当SS引脚上的电压高于0.5V启用慢启动功能，IC开始工作。

采用输入开路保护MOSFET

如果控制器的输出与栅极不连续，MOSFET无法打开，电流会流过体二极管， 从而导致MOSFET过热。而BD85506F配备引脚开路保护功能。如果开路时间超过2ms， 通过光电耦合器减少系统BD85506F SH_out引脚上的电流。这将使主侧控制器停止工作。

结论

ROHM的SR该控制器旨在提供易于集成的同步整流解决方案。SR控制器够支持本文介绍的许多功能，并且只需要很少的外部组件。因此，ROHM 的SR 控制器在CCM 和DCM 模式下都能实现高性能的同步整流解决方案。SR-IC 的其他可选型号还内置有并联稳压器，不仅具有灵活的接地参考，待机功耗也非常低。

>>了解更多的ROHM整流器，请上锐单商城<<<">>>>了解更多的ROHM整流器，请上锐单商城<<<