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2018.11.22 Si功率元器件

LED照明电路 : 利用MOSFET提升效率并降低噪声的案例

发挥其特征的应用事例

从本文开始将介绍在具体应用中效率等的改善案例。

LED照明电路(临界模式PFC+DC/DC):利用MOSFET提升效率并降低噪声的案例

下面的电路摘自实际LED照明电路的相关部分。该LED驱动电路是DC/DC转换器通过临界模式(BCM)的PFC向LED供电的。

下面将介绍在该电路中改变PFC部的开关MOSFET、DC/DC转换器部的开关MOSFET、以及其栅极电阻RG,并对效率和噪声进行比较的情况。

原设计使用的超级结MOSFET(以下简称“SJ MOSFET”)标记为“Original”。考虑到噪声问题,Original的RG采用100Ω。对此,将PFC及DC/DC转换器的开关替换为三种SJ MOSFET,RG也尝试了100Ω和50Ω两种方案。MOSFET采用高速开关型R5207AND,以及新一代产品R6004END和R6004END,噪声均得以降低。

下表中黄色高亮表示效率高于Original,绿色高亮表示最高效率。获得的结论是PFC采用R5207AND、DC/DC转换器采用R6004END的组合效率最佳,RG为50Ω时的效率更高(3种SJ MOSFET的组合共有9组结果,效果不好的已被省略)。与Original相比,效率提高了1%左右。效率是电路整体的效率。

另外,请看下面DC/DC转换器部的噪声特性。数据是Original与效率最好的R6004END/50Ω的比较数据。

Original的开关速度比较快,因此采用100Ω的RG作为噪声对策比较妥当,不过低噪声的R6004END在RG为50Ω时即使提高开关速度后噪声也比Original低,可在提高效率的同时降低噪声。

下面比较一下PFC部和DC/DC转换器部的波形,以确认其原因。PFC部的波形如下。

在PFC部,R5207AND的效率最高,由于在该范围无法判别,所以进行了放大。

相对于Original,转换为导通的时间R6004END和R5207AND略慢。然后是转换为关断的情况。

从图中可以看出,R6004END和R5207AND转换为关断的时间更快,更急剧。可以认为这点可降低开关损耗,有助于提高效率。接下来是DC/DC转换器部的开关波形。

对Original与效率较高的R6004END和R5207AND进行了比较。R6004END还给出了RG为50Ω时的波形。同样,对导通、关断波形进行放大。

R6004END转换为导通的时间最快,RG=50Ω时更快。

转换为关断的时间在RG=100Ω时R6004END最慢,但在RG=50Ω时则变为最快。通过这些比较,可以认为R6004END+RG=50Ω的转换最快,因此有助于减少开关损耗并提高效率。

当PFC采用R5207AND、DC/DC转换器采用R6004END时,开关损耗略有减少,两种因素叠加可使效率提高1%左右。另外,在开关损耗降低的同时,噪声也得以改善。综上所述,通过重新探讨开关MOSFET的特性和栅极电阻,可同时改善效率和噪声,因此,与上一篇、上上篇中提到的二极管相同,MOSFET的特性也需要充分进行探讨和确认。

关键要点:

・PFC部及DC/DC转换器部的开关MOSFET的特性不同,效率也会改变,因此需要充分探讨MOSFET的特性。

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