節約家庭使用能源有助于保護環境，對電費支出也有很大的影響。冰箱一周7天，一天24小時上電，因此有高效的開關電源至關重要。特別是，輕負載效率是冰箱開關電源的一個大問題，因為冰箱門大多數時候是保持關閉的。為了減少浪費的能源，高端冰箱的行業要求是：在7.7%到23.2%負載時，開關電源的效率應高于90%。同時在其他電源負載時，也盡可能需要更高的效率。新的功率半導體技術有助于提高效率。本文介紹高端冰箱電源的全面解決方案。通過結合一流的屏蔽柵極TrenchpowerMOSFET技術和電荷平衡高電壓MOSFET技術，已設計出輕負載時效率超過90%的開關電源。

額定功率、拓撲和目標設備

高端冰箱的典型額定功率大約為50W，最大功率可達65W。在此功率范圍內，反激拓撲是同時考慮性能和成本的最佳選擇。此外，重負載條件下時同步整流器對于實現高效率是必需的。對于主要電源開關，選擇超級結MOSFET可提高效率。圖1顯示初始設計的功率損耗。

圖1效率曲線

在初始設計中，將100V8.5mOhm屏蔽柵極TrenchpowerMOSFET應用于次級同步整流器，將600V190mOhm超級結MOSFET用于主開關。但是，7.7%負載時的效率仍低于90%。整個系統中的功率損耗在此負載條件下僅為454mW。這意味著應降低每個小功率損耗以符合要求。

圖2功率損耗詳情

圖2顯示初始設計的功率損耗明細。它表明開關損耗在輕負載時占主要部分，而導通損耗幾乎可忽略。即使在滿載條件下，開關損耗也在總損耗中占據極大一部分。基于此損耗分析，評估了380mOhmMOSFET，其寄生電容小得多。同步整流器MOSFET也替換為15mOhmMOSFET。圖3顯示設備更換后的效率曲線。7.7%負載時的效率為89.93%。也可選擇使用更高的導通電阻器件，但會在重負載范圍時造成效率下降。55W負載時已降低0.8%。因此，更高導通電阻用于主開關不可行。此時可求助于新技術MOSFET。

圖3效率曲線

最新MOSFET技術

克服硅限制的其中一個努力是在高電壓功率MOSFET中采用超極結技術。此技術可同時顯著降低導通電阻和寄生電容，而其通常存在權衡取舍。由于寄生電容較小，這些超級結MOSFET具有極快的開關特性，從而可以減少開關損耗。在50W等小額定功率中，輸出電容中的存儲電能是較高效率級別的極重要參數。SuperFETII技術將輸出電容中的存儲電能降低了超過25%，（與上一代SuperFET技術相比，如圖所示），達到600V。

圖4輸出電容中的存儲電能，額定阻抗為190mOhm的器件

在50W功率范圍，MOSFET中的負載電流極小，這種極低的電流水平導致關斷時輸出電容的充電時間很長。在這種情況下，MOSFET結點的開關損耗最小，由于輸出電容放電，大部分開關損耗發生在硬開關導通時。圖5顯示小負載電流時的關斷示例。即使柵極電壓(CH1)已為零，漏極電流(CH3)仍在流動。此電流實際上正在對輸出電容充電。因此，輸出電容中較少的存儲電能此時是關鍵因素，SuperFETII技術應在給定系統中具有更小的開關損耗。

圖51A負載電流時的關斷波形

90+效率

在高端冰箱的開關電源中，主要目標是在7.7%到23.2%負載下實現90%或更高的效率。傳統超極結技術設備不容易實現此目標。而SuperFETII技術可解決此問題。將FCp380N60應用于主開關時，7.7%負載時的效率變為90.53%，如圖3所示，這得益于輸出電容中較少的存儲電能和卓越的開關性能。在重負載條件下，與傳統190mOhm超極結MOSFET的效率差距與傳統380mOhm超極結MOSFET相比還要小得多。

結論

新的SuperFETII技術MOSFET、屏蔽柵極溝道MOSFET和同步整流器控制器包含高效率開關電源的完整解決方案，適用于高端冰箱。它在多數負載范圍內可實現超過90%的效率。

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