如何使用SBR提高電源轉(zhuǎn)換效率

對于幾乎任何電子或電氣系統(tǒng)的設(shè)計，最大限度地提高電源效率非常重要。在移動設(shè)備中，更好的電源效率可提供更長的電池壽命，這是一個關(guān)鍵賣點(diǎn)。對于基本上任何應(yīng)用，提高能效意味著可以減小尺寸和重量，并簡化熱管理——從而降低成本。當(dāng)然，使用更少的功率也有助于產(chǎn)品滿足能源等級要求，這可能是法律要求，也是對客戶有吸引力的功能。

在許多產(chǎn)品中，能源效率的最大收益可以在所使用的電源或電壓轉(zhuǎn)換器中實(shí)現(xiàn)。因此，多年來，功率半導(dǎo)體器件供應(yīng)商一直致力于逐步提高能效。

現(xiàn)在有一種設(shè)備，基于專有的深溝工藝，使電源能夠顯著提高其性能和效率：超級勢壘整流器 （SBR?）。它可以以與標(biāo)準(zhǔn)肖特基二極管完全相同的方式用于廣泛的應(yīng)用——從汽車照明到可再生能源和消費(fèi)產(chǎn)品。

在本文中，我們將介紹 SBR，解釋其特性，并討論如何將其用于汽車日間行車燈的示例應(yīng)用中。

SBR技術(shù)解釋

SBR 是 Diodes Incorporated 開發(fā)的專有專利技術(shù)，與用于傳統(tǒng)肖特基二極管的雙極工藝相比，它采用金屬氧化物半導(dǎo)體 （MOS） 制造工藝制造。

MOS 溝道的存在為多數(shù)載流子形成了一個低勢壘，導(dǎo)致正向偏置性能類似于低電壓下的肖特基二極管。然而，由于重疊的 PN 耗盡層和不存在勢壘降低，泄漏電流要低得多。

SBR 由與肖特基二極管相同的電子原理圖符號表示。實(shí)際上，內(nèi)部結(jié)構(gòu)就像一個 MOSFET，其柵極和源極端子連接在一起，形成 SBR 陽極端子。MOSFET 漏極充當(dāng) SBR 陰極。

除了具有出色的溫度穩(wěn)定性和雪崩能力外，SBR 表現(xiàn)出更低的泄漏，在任何電路中都表現(xiàn)得像二極管，因此它可以用作類似肖特基器件的直接替代品。

這意味著 SBR 可立即提高效率并降低設(shè)備外殼溫度，從而簡化熱管理并提高可靠性，無需重新設(shè)計 PCB 或添加額外組件即可實(shí)現(xiàn)。此外，SBR 具有高浪涌電流額定值，可承受不可預(yù)測的功率流和雷擊等危險，并具有 PN 外延二極管的熱穩(wěn)定性和高可靠性特性。

使用 SBR 提高效率

在降壓-升壓轉(zhuǎn)換器中，肖特基二極管通常被選為最有效的選擇，因?yàn)榕c傳統(tǒng)的整流二極管相比，它們具有更低的正向壓降 （V F ） 和更快的開關(guān)能力。另一方面，它們的反向漏電流相對較高并且隨著溫度的升高而增加。

雖然 SBR 的行為類似于肖特基二極管，但 SBR 在用于開關(guān)轉(zhuǎn)換器時可提供更高的效率。它的結(jié)構(gòu)意味著正向電壓和反向恢復(fù)時間是相當(dāng)?shù)模╇娏饕偷枚?，并且對溫度的依賴性更小。雪崩能力也顯著提高，從而提高了耐用性。

表 1 比較了控制 SBR 和具有相似反向電壓和電流額定值的典型肖特基二極管續(xù)流性能的關(guān)鍵參數(shù)。您可以看到漏電流要低得多，為 1.7 μA，而85°C 時為 18 μA，肖特基二極管在 125°C 的較高溫度下也顯示出更大的漏電流增加。

示例應(yīng)用：汽車照明

基于 LED 的外部照明正迅速成為汽車應(yīng)用的標(biāo)準(zhǔn)，這在很大程度上是由于其較低的電力消耗。

該行業(yè)一直在尋求進(jìn)一步提高 LED 照明系統(tǒng)的效率，特別是日間行車燈 （DRL），它在汽車使用時會持續(xù)亮起，主要是作為一種安全功能。

作為“始終開啟”功能，改進(jìn) LED DRL 的一種方法是提高 LED 驅(qū)動器/控制器電路中發(fā)生的功率轉(zhuǎn)換效率。升降壓拓?fù)渫ǔＳ糜谠S多汽車應(yīng)用中，以提供 DC-DC 轉(zhuǎn)換，包括 LED 所需的驅(qū)動電壓。

圖 1 顯示了采用 Diodes 公司的 ZXLD1371 升降壓 LED 驅(qū)動器/控制器的簡化電路。這是一個通用電路，通常包含一個開關(guān) MOSFET （Q1） 和一個續(xù)流二極管 （D1）。

圖 1. 用于 DRL 應(yīng)用的降壓-升壓 LED 驅(qū)動器的簡化原理圖

由于這是一個升壓轉(zhuǎn)換器，MOSFET 和續(xù)流二極管的峰值電流遠(yuǎn)大于 LED 的平均電流。這意味著這兩個組件的傳導(dǎo)和開關(guān)損耗會對轉(zhuǎn)換器的整體功耗產(chǎn)生重大影響。

更高的效率，更冷的運(yùn)行

表 1 比較了由 ZXLD1371 LED 驅(qū)動器/控制器控制的相同升降壓 DRL 電源中的 SBR 和肖特基二極管，如圖 1 所示。特別是，它顯示了肖特基二極管的泄漏電流如何更高，并且隨著溫度。這導(dǎo)致 SBR 實(shí)現(xiàn)了顯著的效率優(yōu)勢。這在較高的環(huán)境溫度下會增加，此時肖特基電路效率會降低多達(dá) 6%，如圖 2 和圖 3 所示。

圖 2. 25 ° C 環(huán)境溫度下的效率比較

圖 3. 85 ° C 環(huán)境溫度下的效率比較

繪制兩個電路的效率與環(huán)境溫度的關(guān)系圖（圖 4）表明效率隨溫度降低。這是由于增加了二極管 V F、漏電流和開關(guān)損耗以及整個系統(tǒng)損耗的組合。與使用肖特基二極管的電路相比，SBR 卓越的溫度穩(wěn)定性可最大限度地減少這種效率降低。

圖 4. SBR 效率優(yōu)勢在較高環(huán)境溫度下更大

SBR 的卓越效率可節(jié)省能源，并降低設(shè)備工作溫度。圖 5 顯示了 SBR 外殼溫度如何在整個環(huán)境溫度范圍內(nèi)始終比肖特基二極管低約 5 ° C。在我們的 DRL LED 照明應(yīng)用示例中，這種較低的溫度為設(shè)計人員提供了更大的靈活性來管理散熱器尺寸和成本，同時還實(shí)現(xiàn)了所需的系統(tǒng)可靠性。

圖 5. 較低的 SBR 外殼溫度可簡化熱管理和可靠性設(shè)計

廣泛的應(yīng)用

Diodes 提供涵蓋各種額定電壓和封裝樣式的 SBR，使其成為工業(yè)、消費(fèi)電子、通信和計算機(jī)系統(tǒng)中許多應(yīng)用的理想選擇，包括 DC-DC 轉(zhuǎn)換、電池充電器和反極性保護(hù)。

具有更高額定電壓（高達(dá) 300V）的器件可用于開關(guān)模式電源 （SMPS） 和太陽能逆變器等應(yīng)用。對于汽車，包括 SBR10M100P5Q 在內(nèi)的 Q 系列 SBR 針對特定應(yīng)用要求進(jìn)行了優(yōu)化，符合 AECQ101 高可靠性汽車標(biāo)準(zhǔn)，并得到 PPAP 3 級文檔的支持。

另一個可以從 SBR 的效率中受益的應(yīng)用是太陽能電池板，它們可以替代旁路二極管。它們極低的 V F可最大限度地減少溫升，從而有助于提高系統(tǒng)可靠性，并且 SBR 具有較寬的工作溫度窗口，可確保符合太陽能行業(yè)安全標(biāo)準(zhǔn) IEC 61730-2。

結(jié)論

SBR 是功率半導(dǎo)體設(shè)計的真正創(chuàng)新，可實(shí)現(xiàn)功率轉(zhuǎn)換性能的階躍變化和更高的效率。與肖特基二極管相比，它具有更低的漏電流、更高的開關(guān)性能、相當(dāng)或更低的 V F以及出色的溫度穩(wěn)定性，并具有工作溫度更低的額外優(yōu)勢。

它可以用作直接替代品，無需重新設(shè)計，從而縮短上市時間。SBR 提供卓越的性能和可靠性，從而使電源轉(zhuǎn)換器能夠在各種應(yīng)用中滿足最新的生態(tài)設(shè)計目標(biāo)和安全標(biāo)準(zhǔn)。