如何使用SBR提高電源轉換效率

對于幾乎任何電子或電氣系統(tǒng)的設計，最大限度地提高電源效率非常重要。在移動設備中，更好的電源效率可提供更長的電池壽命，這是一個關鍵賣點。對于基本上任何應用，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換器中實現(xiàn)。因此，多年來，功率半導體器件供應商一直致力于逐步提高能效。

現(xiàn)在有一種設備，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?）。它可以以與標準肖特基二極管完全相同的方式用于廣泛的應用——從汽車照明到可再生能源和消費產(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用中。

SBR技術解釋

SBR 是 Diodes Incorporated 開發(fā)的專有專利技術，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。實際上，內部結構就像一個 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 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備外殼溫度，從而簡化熱管理并提高可靠性，無需重新設計 PCB 或添加額外組件即可實現(xiàn)。此外，SBR 具有高浪涌電流額定值，可承受不可預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-升壓轉換器中，肖特基二極管通常被選為最有效的選擇，因為與傳統(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 在用于開關轉換器時可提供更高的效率。它的結構意味著正向電壓和反向恢復時間是相當?shù)?，但漏電流要低得多，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。

示例應用：汽車照明

基于 LED 的外部照明正迅速成為汽車應用的標準，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 LED DRL 的一種方法是提高 LED 驅動器/控制器電路中發(fā)生的功率轉換效率。升降壓拓撲通常用于許多汽車應用中，以提供 DC-DC 轉換，包括 LED 所需的驅動電壓。

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

圖 1. 用于 DRL 應用的降壓-升壓 LED 驅動器的簡化原理圖

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

更高的效率，更冷的運行

表 1 比較了由 ZXLD1371 LED 驅動器/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。這導致 SBR 實現(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 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)境溫度范圍內始終比肖特基二極管低約 5 ° C。在我們的 DRL LED 照明應用示例中，這種較低的溫度為設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計

廣泛的應用

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)、消費電子、通信和計算機系統(tǒng)中許多應用的理想選擇，包括 DC-DC 轉換、電池充電器和反極性保護。

具有更高額定電壓（高達 300V）的器件可用于開關模式電源 （SMPS） 和太陽能逆變器等應用。對于汽車，包括 SBR10M100P5Q 在內的 Q 系列 SBR 針對特定應用要求進行了優(yōu)化，符合 AECQ101 高可靠性汽車標準，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)安全標準 IEC 61730-2。

結論

SBR 是功率半導體設計的真正創(chuàng)新，可實現(xiàn)功率轉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、更高的開關性能、相當或更低的 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，從而使電源轉換器能夠在各種應用中滿足最新的生態(tài)設計目標和安全標準。