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Si功率元件

發揮其特長的應用事例

LED照明電路 : 利用MOSFET提升效率並降低雜訊的案例

從本文開始將介紹在具體應用中效率等的改善案例。

LED照明電路(臨界模式PFC+DC/DC):利用MOSFET提升效率並降低雜訊的案例

下面的電路摘取自實際LED照明電路的相關部分。此LED驅動電路是臨界模式(BCM)的PFC透過DC/DC Converter 對LED供給電力。

下面將介紹在該電路中改變PFC部的Switching MOSFET、DC/DC轉換器部的Switching MOSFET、以及其閘極電阻RG,並對效率和雜訊進行比較的情況。

原設計使用的Super Junction MOSFET(以下簡稱“SJ MOSFET”)標記為“Original”。考慮到雜訊問題,Original的RG採用100Ω。對此,將PFC及DC/DC轉換器的開關替換為三種SJ MOSFET,RG也嘗試了100Ω和50Ω兩種方案。MOSFET R5207AND為高速Switching型,以及新一代產品R6004END和R6004END達成了低雜訊化。

下表中以黃色強調的部分表示效率高於Original,綠色強調的部分表示最高效率。獲得的結論是PFC採用R5207AND、DC/DC轉換器採用R6004END的組合效率最佳,RG為50Ω時獲得較刀的效率(3種SJ MOSFET的組合共有9組結果,效果不好的已被省略)。與Original相比,效率提高了1%左右。效率為電路整體的效率。

另外,請看下面DC/DC轉換器部的雜訊特性。資料是Original與效率最好的R6004END/50Ω的比較資料。

Original的開關速度比較快,因此採用100Ω的RG作為雜訊對策比較妥當,至於低雜訊的 R6004END將RG調整為50Ω來提高開關速度,即便如此其雜訊也比Original低,效率改善的
同時也降低了雜訊。

為了確認原因,比較了PFC和DC/DC Converter的波形。PFC部的波形如下。

在PFC部,R5207AND的效率最高,由於在該範圍無法判別,所以進行了放大。

相對於Original,R6004END和R5207AND的ON轉換時間略慢。然後是OFF轉換情況。

從圖中可以看出,R6004END和R5207AND OFF轉換的時間更快,更急劇。這點可降低開關損耗,有助於提高效率。接下來是DC/DC轉換器部的開關波形。

針對Original與效率較高的R6004END和R5207AND進行了比較。R6004END也呈現 RG為50Ω時的波形。同樣針對ON、OFF波形進行放大。

R6004END ON轉換的時間最快,RG=50Ω時更快。

ON轉換時間在RG=100Ω時R6004END最慢,但在RG=50Ω時則變為最快。通過這些比較, R6004END+RG=50Ω的轉換最快,因此有助於減少開關損耗並提高效率。

當PFC採用R5207AND、DC/DC轉換器採用R6004END時,開關損耗略有減少,兩種因素相加可使效率提高1%左右。另外,在開關損耗降低的同時,雜訊也得以改善。綜上所述,通過重新探討開關MOSFET的特性和閘極電阻,可同時改善效率和雜訊,因此,與上一篇、上上篇中提到的二極體相同,MOSFET的特性也需要充分進行探討和確認。

重點:

・PFC部及DC/DC轉換器部的開關MOSFET的特性不同,效率也會改變,因此需要充分探討MOSFET的特性。


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