无线充电应用的次级端整流桥应用方案研究

　　肖特基二极管的正向压降要低得多，典型值约为0.4V。对于如图2所示的整流桥配置而言，肖特基二极管提供更高的能效。图2中的输入波形示例是正弦波，幅值为VPK。经过整流的输出的幅值为VPK，周期中的两个半波都是正波。

　　图3显示的是输入电压正弦波形1区和2区时流过整流桥和负载的电流路径。在输入电压周期的前半部分(对应于1区及图4a)，节点a的电压高于节点b的电压。电流流过二极管1，经过负载后，又通过二极管3流回变压器。在输入电压周期的后半部分(对应于2区及图4b)，节点b电压高于节点a电压，电流以相反方向流动，流过二极管2，穿过负载，再通过二极管4流回变压器。在每种情况下，电流都以相同的方向流过负载本身，产生如图2所示的输出电压波形。

　　另一种全桥整流器配置包含2颗二极管和2颗MOSFET器件。图4显示了这种配置的示例。

　　对于这种整流桥配置而言，二极管3和4被两颗N沟道MOSFET替代。MOSFET 3的门极连接至节点a，MOSFET 4的门极连接至节点b。当MOSFET关闭时，每颗MOSFET的体二极管(body diode)阻断电流流动。这种配置的桥输入及输出波形与上述桥配置的波形相同。在1区，节点a电压高于节点b电压。二极管1正向偏置，二极管2反向偏置，MOSFET 3导通，而MOSFET 4关闭(MOSFET 4的体二极管反向偏置)。在2区，节点b电压高于节点a。二极管2正向偏置，二极管1反射偏置，MOSFET4导通，而MOSFET 3关闭(MOSFET 3的体二极管反向偏置)。

　　这种配置的电路路径及输出波形结果与上述配置相同。然而，通过以MOSFET替代两颗二极管，整流桥的能效得到提升，二极管及MOSFET的功率损耗计算等式为：

  　　(7)

　　表1比较了使用2A负载条件下三种次级全桥整流器电路应用方案的功率损耗。第一种应用方案是标准4颗二极管配置，第二种应用方案是使用肖特基二极管的4颗二极管配置，第三种应用方案包含2颗肖特基二极管和2颗MOSFET，这种方案有如安森美半导体的NMLU1210集成方案。

　　如表所示，第三种应用方案的功率损耗最低。节省的功率损耗直接转化为次级端电路整体能效的提升，使无线充电方案具有更高能效。全桥整流器也可以采用4颗MOSFET来实现。但这种应用方案牵涉的因素更多，要求审慎思考。

　　能效考虑因素对无线充电方案至关重要，因为无线充电方案采用的气隙变压器的能效相比传统线缆充电方案低。因此，为了将无线充电的性能提升至最高，每个电路模块的能效都必须仔细考虑及加以应对。如文中的功率损耗计算结果所示，应用2颗二极管和2颗MOSFET的方案最能节省功率损耗。对于当今的电子行业而言，节能及提升能效处于消费者及制造商所关注问题的最前沿。随着无线充电深入发展，业界对高能效及高性能方案的需求也越来越高。