如何使用SBR提高电源转换效率

    对于几乎任何电子或电气系统的设计，最大限度地提高电源效率非常重要。在移动设备中，更好的电源效率可提供更长的电池寿命，这是一个关键卖点。对于基本上任何应用，提高能效意味着可以减小尺寸和重量，并简化热管理——从而降低成本。当然，使用更少的功率也有助于产品满足能源等级要求，这可能是法律要求，也是对客户有吸引力的功能。

    在许多产品中，能源效率的最大收益可以在所使用的电源或电压转换器中实现。因此，多年来，功率半导体器件供应商一直致力于逐步提高能效。

    现在有一种设备，基于专有的深沟工艺，使电源能够显着提高其性能和效率：超级势垒整流器 （SBR®）。它可以以与标准肖特基二极管完全相同的方式用于广泛的应用——从汽车照明到可再生能源和消费产品。

    在本文中，我们将介绍 SBR，解释其特性，并讨论如何将其用于汽车日间行车灯的示例应用中。

    SBR技术解释

    SBR 是 Diodes Incorporated 开发的专有专利技术，与用于传统肖特基二极管的双极工艺相比，它采用金属氧化物半导体 （MOS） 制造工艺制造。

    MOS 沟道的存在为多数载流子形成了一个低势垒，导致正向偏置性能类似于低电压下的肖特基二极管。然而，由于重叠的 PN 耗尽层和不存在势垒降低，泄漏电流要低得多。

    SBR 由与肖特基二极管相同的电子原理图符号表示。实际上，内部结构就像一个 MOSFET，其栅极和源极端子连接在一起，形成 SBR 阳极端子。MOSFET 漏极充当 SBR 阴极。

    除了具有出色的温度稳定性和雪崩能力外，SBR 表现出更低的泄漏，在任何电路中都表现得像二极管，因此它可以用作类似肖特基器件的直接替代品。

    这意味着 SBR 可立即提高效率并降低设备外壳温度，从而简化热管理并提高可靠性，无需重新设计 PCB 或添加额外组件即可实现。此外，SBR 具有高浪涌电流额定值，可承受不可预测的功率流和雷击等危险，并具有 PN 外延二极管的热稳定性和高可靠性特性。

    使用 SBR 提高效率

    在降压-升压转换器中，肖特基二极管通常被选为最有效的选择，因为与传统的整流二极管相比，它们具有更低的正向压降 （V F ） 和更快的开关能力。另一方面，它们的反向漏电流相对较高并且随着温度的升高而增加。

    虽然 SBR 的行为类似于肖特基二极管，但 SBR 在用于开关转换器时可提供更高的效率。它的结构意味着正向电压和反向恢复时间是相当的，但漏电流要低得多，并且对温度的依赖性更小。雪崩能力也显着提高，从而提高了耐用性。

    表 1 比较了控制 SBR 和具有相似反向电压和电流额定值的典型肖特基二极管续流性能的关键参数。您可以看到漏电流要低得多，为 1.7 µA，而85°C 时为 18 µA，肖特基二极管在 125°C 的较高温度下也显示出更大的漏电流增加。

    示例应用：汽车照明

    基于 LED 的外部照明正迅速成为汽车应用的标准，这在很大程度上是由于其较低的电力消耗。

    该行业一直在寻求进一步提高 LED 照明系统的效率，特别是日间行车灯 （DRL），它在汽车使用时会持续亮起，主要是作为一种安全功能。

    作为“始终开启”功能，改进 LED DRL 的一种方法是提高 LED 驱动器/控制器电路中发生的功率转换效率。升降压拓扑通常用于许多汽车应用中，以提供 DC-DC 转换，包括 LED 所需的驱动电压。

    图 1 显示了采用 Diodes 公司的 ZXLD1371 升降压 LED 驱动器/控制器的简化电路。这是一个通用电路，通常包含一个开关 MOSFET （Q1） 和一个续流二极管 （D1）。

    图 1. 用于 DRL 应用的降压-升压 LED 驱动器的简化原理图

    由于这是一个升压转换器，MOSFET 和续流二极管的峰值电流远大于 LED 的平均电流。这意味着这两个组件的传导和开关损耗会对转换器的整体功耗产生重大影响。

    更高的效率，更冷的运行

    表 1 比较了由 ZXLD1371 LED 驱动器/控制器控制的相同升降压 DRL 电源中的 SBR 和肖特基二极管，如图 1 所示。特别是，它显示了肖特基二极管的泄漏电流如何更高，并且随着温度。这导致 SBR 实现了显着的效率优势。这在较高的环境温度下会增加，此时肖特基电路效率会降低多达 6%，如图 2 和图 3 所示。

    图 2. 25 ° C 环境温度下的效率比较

    图 3. 85 ° C 环境温度下的效率比较

    绘制两个电路的效率与环境温度的关系图（图 4）表明效率随温度降低。这是由于增加了二极管 V F、漏电流和开关损耗以及整个系统损耗的组合。与使用肖特基二极管的电路相比，SBR 卓越的温度稳定性可最大限度地减少这种效率降低。

    图 4. SBR 效率优势在较高环境温度下更大

    SBR 的卓越效率可节省能源，并降低设备工作温度。图 5 显示了 SBR 外壳温度如何在整个环境温度范围内始终比肖特基二极管低约 5 ° C。在我们的 DRL LED 照明应用示例中，这种较低的温度为设计人员提供了更大的灵活性来管理散热器尺寸和成本，同时还实现了所需的系统可靠性。

    图 5. 较低的 SBR 外壳温度可简化热管理和可靠性设计

    广泛的应用

    Diodes 提供涵盖各种额定电压和封装样式的 SBR，使其成为工业、消费电子、通信和计算机系统中许多应用的理想选择，包括 DC-DC 转换、电池充电器和反极性保护。

    具有更高额定电压（高达 300V）的器件可用于开关模式电源 （SMPS） 和太阳能逆变器等应用。对于汽车，包括 SBR10M100P5Q 在内的 Q 系列 SBR 针对特定应用要求进行了优化，符合 AECQ101 高可靠性汽车标准，并得到 PPAP 3 级文档的支持。

    另一个可以从 SBR 的效率中受益的应用是太阳能电池板，它们可以替代旁路二极管。它们极低的 V F可最大限度地减少温升，从而有助于提高系统可靠性，并且 SBR 具有较宽的工作温度窗口，可确保符合太阳能行业安全标准 IEC 61730-2。

    结论

    SBR 是功率半导体设计的真正创新，可实现功率转换性能的阶跃变化和更高的效率。与肖特基二极管相比，它具有更低的漏电流、更高的开关性能、相当或更低的 V F以及出色的温度稳定性，并具有工作温度更低的额外优势。

    它可以用作直接替代品，无需重新设计，从而缩短上市时间。SBR 提供卓越的性能和可靠性，从而使电源转换器能够在各种应用中满足最新的生态设计目标和安全标准。