LED照明电路:利用MOSFET提升效率并降低噪声的案例

从本文开始将介绍在具体应用中效率等的改善案例。
LED照明电路（临界模式PFC＋DC/DC）：利用MOSFET提升效率并降低噪声的案例
下面的电路摘自实际LED照明电路的相关部分。该LED驱动电路是DC/DC转换器通过临界模式（BCM）的PFC向LED供电的。

下面将介绍在该电路中改变PFC部的开关MOSFET、DC/DC转换器部的开关MOSFET、以及其栅极电阻RG，并对效率和噪声进行比较的情况。
原设计使用的超级结MOSFET（以下简称“SJ MOSFET”）标记为“Original”。考虑到噪声问题，Original的RG采用100Ω。对此，将PFC及DC/DC转换器的开关替换为三种SJ MOSFET，RG也尝试了100Ω和50Ω两种方案。MOSFET采用高速开关型R5207AND，以及新一代产品R6004END和R6004END，噪声均得以降低。
下表中黄色高亮表示效率高于Original，绿色高亮表示最高效率。获得的结论是PFC采用R5207AND、DC/DC转换器采用R6004END的组合效率最佳，RG为50Ω时的效率更高（3种SJ MOSFET的组合共有9组结果，效果不好的已被省略）。与Original相比，效率提高了1%左右。效率是电路整体的效率。

另外，请看下面DC/DC转换器部的噪声特性。数据是Original与效率最好的R6004END/50Ω的比较数据。

Original的开关速度比较快，因此采用100Ω的RG作为噪声对策比较妥当，不过低噪声的R6004END在RG为50Ω时即使提高开关速度后噪声也比Original低，可在提高效率的同时降低噪声。
下面比较一下PFC部和DC/DC转换器部的波形，以确认其原因。PFC部的波形如下。

在PFC部，R5207AND的效率最高，由于在该范围无法判别，所以进行了放大。

相对于Original，转换为导通的时间R6004END和R5207AND略慢。然后是转换为关断的情况。

从图中可以看出，R6004END和R5207AND转换为关断的时间更快，更急剧。可以认为这点可降低开关损耗，有助于提高效率。接下来是DC/DC转换器部的开关波形。

对Original与效率较高的R6004END和R5207AND进行了比较。R6004END还给出了RG为50Ω时的波形。同样，对导通、关断波形进行放大。

R6004END转换为导通的时间最快，RG＝50Ω时更快。

转换为关断的时间在RG＝100Ω时R6004END最慢，但在RG＝50Ω时则变为最快。通过这些比较，可以认为R6004END＋RG＝50Ω的转换最快，因此有助于减少开关损耗并提高效率。
当PFC采用R5207AND、DC/DC转换器采用R6004END时，开关损耗略有减少，两种因素叠加可使效率提高1%左右。另外，在开关损耗降低的同时，噪声也得以改善。综上所述，通过重新探讨开关MOSFET的特性和栅极电阻，可同时改善效率和噪声，因此，与上一篇、上上篇中提到的二极管相同，MOSFET的特性也需要充分进行探讨和确认。

• 白纪龙老师从事电子行业已经有15个年头， 到目前为止已开发过的产品超上百款，目前大部分都已经量产上市，

• 从2018年开始花了5年的时间， 潜心录制了上千集的实战级电子工程师系列课程， 该课程从元器件到核心模块到完整产品

• 老白的初心是“愿天下工程师 不走弯路” 其中， 就有详细讲解MOS管和IGBT的课程