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轉向同步整流可以提供離線電源轉換器的效率增益

作者:Diodes 公司產品行銷經理吳其昆

 

您注意到有些東西搭配使用,會產生多麼理想的效果嗎?我要談的不是火腿和雞蛋或鹽和胡椒,這些真的只是互補。不,我要談的是為了真正發揮功效,需要搭配使用的東西,例如凸輪軸與推桿。

把兩件東西放在一起,產生一個全新的物品,但仍取決於其組成部分,在自然界相當罕見,然而對於我們這些聰明的工匠來說,這正是我們真正擅長的。在電子業中,這麼做非常盛行,更重要的是,在這個領域中,科技可以為我們提供在一致的基礎上不斷改進的方式。

以電力為例,一般而言總是愈多愈好。我們每獲得一項電器產品,就建立了對更多原始電力的需求,因此更有效率地使用電力變得愈來愈重要。這表示在每一個層級,我們都需要更有效率的發電、配電和轉換電力的方式。從早期的能源開始,高壓交流電一直被視為是最有效率的發電和配電方式,當主要產品應用是馬達和燈泡時,交流電是很不錯的。隨著電晶體和積體電路的發明,在局部層級,直流電變得更為重要。

除非我們依據個別情況,開發出可以產生所有所需電力的方式,否則我們仍將繼續倚賴高電壓交流配電,將電力以管道輸送到辦公室和家庭。在管道末端會發生轉換,從千瓦的交流電降壓成毫瓦的直流電。其中的步驟存在效率不彰的問題,電子業正採取措施,以減輕效率低下問題。

這讓我們回到了同步性。我們消耗能量的方式,愈來愈多是透過離線轉換,亦即將高壓交流電源變成低壓直流電源。最近它出現的形式是將電池充電,以供電給可攜式裝置。最近出現的轉換拓撲之一,是在二次側使用一個與一次側的功率電晶體同步動作的電晶體。次級電晶體取代了效率較差的二極體,也使得此種拓撲結構被命名為:同步整流或 SR。

用行徑像二極體的電晶體取代二極體,看起來似乎很沒有效率,尤其是通常我們並不認為模仿是一個無損過程。然而在 SR 的情況下,這樣做卻能提供顯著的優點,因為它讓關聯控制器在可變負載條件下能發揮更大的管理能力。效率的增益百分比取決於 SR 的實作方式,表示我們必須選擇正確的解決方案。

以 Diodes 公司生產的次級側 SR 控制器 APR346 為例。這是一個二次側 MOSFET 驅動器,支援各種轉換器模式,包括連續傳導模式、不連續傳導模式及準諧振返馳模式,這些模式在離線轉換架構中都很常見。這個裝置會感測一次側 MOSFET 兩端的汲極源極電壓,並提供正確的閘極驅動器給二次側 MOSFET。這樣一來,它可以在提供 5V 到 20V 直流輸出電壓的電路中產生更大的效率。這就涵蓋了大量的現代產品應用,包括在消費者電子產品中愈來愈重要的 USB 供電 (PD)。

Secondary Side Synchronous Rectification Controller - APR346

 

加入像 APR346 這樣多用途和能力充足的 SR 控制器,可以在任何離線轉換器中提供祕密源極;由於它省去了使用替代控制器時需要的大量外部元件,還可以降低 BOM 成本,同時改善最終產品的總效率。這就是我們都很重視的同步性。

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