無線充電應用的次級端整流橋應用方案研究

　　肖特基二極管的正向壓降要低得多，典型值約為0.4V。對于如圖2所示的整流橋配置而言，肖特基二極管提供更高的能效。圖2中的輸入波形示例是正弦波，幅值為VPK。經(jīng)過整流的輸出的幅值為VPK，周期中的兩個半波都是正波。

　　圖3顯示的是輸入電壓正弦波形1區(qū)和2區(qū)時流過整流橋和負載的電流路徑。在輸入電壓周期的前半部分(對應于1區(qū)及圖4a)，節(jié)點a的電壓高于節(jié)點b的電壓。電流流過二極管1，經(jīng)過負載后，又通過二極管3流回變壓器。在輸入電壓周期的后半部分(對應于2區(qū)及圖4b)，節(jié)點b電壓高于節(jié)點a電壓，電流以相反方向流動，流過二極管2，穿過負載，再通過二極管4流回變壓器。在每種情況下，電流都以相同的方向流過負載本身，產(chǎn)生如圖2所示的輸出電壓波形。

　　另一種全橋整流器配置包含2顆二極管和2顆MOSFET器件。圖4顯示了這種配置的示例。

　　對于這種整流橋配置而言，二極管3和4被兩顆N溝道MOSFET替代。MOSFET 3的門極連接至節(jié)點a，MOSFET 4的門極連接至節(jié)點b。當MOSFET關(guān)閉時，每顆MOSFET的體二極管(body diode)阻斷電流流動。這種配置的橋輸入及輸出波形與上述橋配置的波形相同。在1區(qū)，節(jié)點a電壓高于節(jié)點b電壓。二極管1正向偏置，二極管2反向偏置，MOSFET 3導通，而MOSFET 4關(guān)閉(MOSFET 4的體二極管反向偏置)。在2區(qū)，節(jié)點b電壓高于節(jié)點a。二極管2正向偏置，二極管1反射偏置，MOSFET4導通，而MOSFET 3關(guān)閉(MOSFET 3的體二極管反向偏置)。

　　這種配置的電路路徑及輸出波形結(jié)果與上述配置相同。然而，通過以MOSFET替代兩顆二極管，整流橋的能效得到提升，二極管及MOSFET的功率損耗計算等式為：

  　　(7)

　　表1比較了使用2A負載條件下三種次級全橋整流器電路應用方案的功率損耗。第一種應用方案是標準4顆二極管配置，第二種應用方案是使用肖特基二極管的4顆二極管配置，第三種應用方案包含2顆肖特基二極管和2顆MOSFET，這種方案有如安森美半導體的NMLU1210集成方案。

　　如表所示，第三種應用方案的功率損耗最低。節(jié)省的功率損耗直接轉(zhuǎn)化為次級端電路整體能效的提升，使無線充電方案具有更高能效。全橋整流器也可以采用4顆MOSFET來實現(xiàn)。但這種應用方案牽涉的因素更多，要求審慎思考。

　　能效考慮因素對無線充電方案至關(guān)重要，因為無線充電方案采用的氣隙變壓器的能效相比傳統(tǒng)線纜充電方案低。因此，為了將無線充電的性能提升至最高，每個電路模塊的能效都必須仔細考慮及加以應對。如文中的功率損耗計算結(jié)果所示，應用2顆二極管和2顆MOSFET的方案最能節(jié)省功率損耗。對于當今的電子行業(yè)而言，節(jié)能及提升能效處于消費者及制造商所關(guān)注問題的最前沿。隨著無線充電深入發(fā)展，業(yè)界對高能效及高性能方案的需求也越來越高。