提升LED TV背光系统的中压升压转换器效率

在图3中，我们可以看到通过增添R1和R2，即便Rsense上的电压降比Vcslim低很多，Vsense也能够达到（Vcslim/1.1）水平。这样可以降低Rsense的功耗。例如，在不使用R1和R2的情况下，如果Rsense为0.077Ω，当Ipk=10.39A，Vsense则为0.8V。如果Vgate=11V，R1=10KΩ，R2=400Ω，Rsense=0.0375Ω，当Ipk=10.39A，Vsense也可达到0.8V。但是，如果Rsense=0.0375Ω，Rsense的功耗则为0.47W，效率损失为0.47/72×100%=0.65%，相对于使用0.77ΩRsense，效率则可以提高0.68%。

在MOSFET晶片尺寸和封装相同的情况下，如果Vdss增加，MOSFET的Rdson会增大。例如，飞兆100VMOS器件FDD86102的Rdson为24mΩ。但是对于具有相同封装和价格的250VMOS器件FQD16N25C，Rdson为270mΩ。MOSFET器件的传导损耗在24mΩ和270mΩ条件下的差别很大，我们使用相同设计工具计算了24VAC输入、180V/0.4A输出PFC转换器Rdson的传导损耗。其数值分别是0.9W和10.08W。显然，270mΩRdson是不可接受的。在标准升压拓扑中，为了提供180V输出电压，需要使用250VMOSFET以获得足够的Vdss余量。在这种情况下，减小传导损耗的标准途径是选择一个Rdson较低的MOSFET器件。不过，在相同Vdss下，Rdson较低的MOSFET器件不仅昂贵，而且具有较大的Coss。较大的Coss意味着较大的关断损耗。这里，我们找到了另一种减小传导损耗的方法。就是使用100VMOSFET器件如FDD86102，将24V电压提升到180V，当然，必须采用特殊的方法解决电压问题，如自耦变压器。


图4所示为使用自耦变压器替代电感器的升压转换器，在导通期间，电流流经红色的路径就象标准升压转换器的一样，而在关断期间，电流则经过绿色路径。MOSFET漏极上的电压为：

如果我们输入N1=3T，N2=7T，Vdiode=1V，Vout=180V，Vin=24V，则Vd为：

因而可以使用100VMOSFET器件。

设计示例和测试结果

图5所示为飞兆半导体用于LED背光照明电源的评估电路板的示意图。

U4，Q35，T3，D36和外部元件构成了这个升压转换器，绕组6-10用于实现零电流检测（ZCD），D37，C42，R39，R40具有两项功能，一项功能是作为箝位线路，吸收N1和N2之间的泄漏电感引起的电压脉冲，另一项功能是监视Q35的漏极电压，反馈至U4的引脚1，实现过电压保护。

图6

图7

图6是评估电路板顶部、底部和侧面照片。我们可以看到，增添R38，效率提高了1.09%。图7是使用/不使用Vrsense电压垫高电路（R38）的波形差别示意图。表2是使用/不使用自耦变压器的结果比较。如果不使用自耦变压器，应当去掉D37，将D37的阴极连接到24VVin。我们可以看到使用自耦变压器，效率提高了14.06%，图8所示为波形比较。

表1：使用/不使用Vrsense电压垫高电路（R38）的结果比较

表2：使用/不使用自耦变压器的结果比较

图8

本文小结

标准CRMPFC控制器就其特性、通用性和低价格而言，适用于中等电压升压转换器。传导损耗是其应用的主要挑战。采用电压垫高电路能够降低Rsense所需的峰值电压以期提升转换器的效率。在升压转换器中采用自耦变压器，允许使用低VdssMOSFET器件以减小Rdson，从而显著提升效率。评估电路板的测试结果证实这一思路是可行的。