标签: 能源效率

配置背光的一种标准方法是使用两个分立式器件： 一个采用DPAK封装的100 V MOSFET，以及一个同样采用DPAK封装的100 V肖特基二极管。LED背光单元中，肖特基二极管的高漏电流可能会造成一些问题，尤其在较高温度下。某些客户曾遇到量产时肖特基二极管出现泄漏故障的问题。改善泄漏故障的一种方法是将肖特基二极管的额定电压从100 V增加到120 V，但系统温度较高时，漏电流依然是个问题。 飞兆半导体的设计团队开发了一种替代方法，即采用100 V BoostPak解决方案。BoostPak系列（图1）在单封装内集成两个器件： 一个100 V MOSFET和一个150 V NP二极管。 图1. BoostPak在单封装内集成100 V MOSFET和150 V NP二极管 BoostPak系列采用5引脚DPAK单封装。N沟道MOSFET针对最大程度降低导通电阻并保持出色的开关性能而设计。NP二极管为超快速整流器，带低正向导通压降，具有出色的开关性能。相比肖特基二极管，它具有低得多的漏电流，在高温应用中提供更高的系统可靠性。 相比双分立器件解决方案，BoostPak方案的尺寸更小，可节省多达20mm 2 的PCB空间。使用单封装而非两个封装还意味着装配更方便、系统成本更低。 BoostPak系列提供两种版本，一种额定输出功率为25 W，另一种额定值为40 W。表1列出详细信息。 表1. BoostPak装配规格 更高温度下的性能更佳 我们想要知道NP二极管的漏电流到底有多低，因此我们进行了一些测试。测试结果如图2所示。   图2. 二极管漏电流比较 与100 V、5A肖特基二极管相比，150 V、5 A BoostPak系列NP二极管在所有条件下的额定漏电流值低得多，但两者在高温下差别极大。随着温度上升，肖特基二极管的漏电流以极快的速度增加，而相比之下NP二极管的漏电流依然较低。 BoostPak 系列的 NP 二极管采用绝佳的生命周期控制工艺制成，以实现极快速的反向恢复时间和合理的正向压降（VF（典型值）： 0.9 V，条件为 IF=5 A、T J =100 度） 图 3 对反向恢复时间进行了比较 图 3 二极管反向恢复时间的比较 实际设计 下一步，我们将验证BoostPak系列能够在实际设计中限制漏电流，因此我们开发了一款评估板，并在多种条件下进行测试。图4为基本设计，BoostPak系列高亮显示。 图4. LED背光中的BoostPak 该设计针对35 W升压拓扑，使用连续电流模式(CCM)操作。输入电压范围为20.4 V至27.6 V，采用单通道直流输出，恒定电流值为640 mA (55 V)。我们采用BoostPak系列的FDD8500N10LD版本。 在CCM操作期间，二极管反向恢复电流增加MOSFET的导通损耗。NP二极管提供低反向恢复电流，对MOSFET的影响更小。 测试温度与EMI 我们在设计BoostPak产品时，牢记两个目标。首先，我们希望将器件壳的工作温度保持在65 °C以下。其次，我们希望满足电磁干扰(EMI)的通用规格，将EMI保持在CISPR22 B类标准规定的限值以下。 我们测量了饱和温度。如表2所示，在24 V输入电压(V IN )的情况下，BoostPak系列温度保持在61.5 °C，低于65 °C的目标。   表2. V OUT = 55V (35W)时的测试结果   接着，我们通过检查五串LED负载时的辐射量，测试EMI。图5显示V IN 为24V时的结果。 图5. 辐射量： V IN = 24 V 在30 MHz至1000 MHz的子频率范围内，辐射量远低于CISPR22 B类的额定限值。   结论 测试结果显示飞兆半导体的BoostPak系列（以单个100 V BoostPak替代100 V MOSFET和100 V肖特基二极管）低漏电流二极管满足工作温度下必须的性能和EMI要求。同时，使用BoostPak系列可让设计的尺寸更小、更紧凑，并且更易于组装。在成本竞争型应用中，如屏幕尺寸小于40英寸的LED电视机，这些优势可让产品脱颖而出。BoostPak方法还可节省其他应用的成本，比如LED照明系统和升压/降压操作DC-DC转换器。 本文讨论的BoostPak系列在用户指南中有更为详尽的说明。该指南提供完整的原理图、完整的物料清单、性能规格和测试设置总览。如需下载应用指南，请访问飞兆半导体网站： http://www.fairchildsemi.com/an/AN/AN-FEBD850N10LD.pdf 相关链接： FDD1600N10ALZD: BoostPak（N 沟道 PowerTrench® MOSFET + 二极管）100 V，6.8 A，160 mΩ http://www.fairchildsemi.com/pf/FD/FDD1600N10ALZD.html FDD850N10LD: 100 V、15.3 A、75 mΩ BoostPak（N沟道PowerTrench® MOSFET + 二极管） http://www.fairchildsemi.com/pf/FD/FDD850N10LD.html  

在第1部分，我们探讨了MOSFET的基本属性，并建立了应用于选择低压栅极驱动器时的一些重要参数。现在让我们介绍一些与之配合使用的常见电路。   常见电路   使用低侧栅极驱动器来驱动MOSFET作为负载开关通常可通过符合基本要求的简单电路来完成：  1)    需要的导通和关断时间 2)    导通和关断期间漏极dV/dt限制 3)    最小化栅极和漏极的振铃和振荡 4)    限制栅极电压过冲，但在导通时提供足够的稳定的栅极电压 在某些应用中，只有通过串联栅极电阻才能符合这些要求。在其他设计中，可能需要 “栅极快速关断”电路，从而允许非对称导通和关闭特性，如下所示（ D off和  R goff）。 常见的栅极驱动电路如图2中所示。 R g 对于大多数应用，出于经济性和简洁性考虑，导通和关断使用同样的无源栅极驱动电路。至少必须考虑串联 R g（栅极串联电阻）。这会限制最大 V dd电压时栅极驱动器需要的峰值驱动电流。 R g也可调整以限制漏极dV/dt。 此外，串联栅极电阻提高了MOSFET中的ESD（静电放电防护）能力，包括漏极端。 通常 R g的最小值通过希望的输出电流最大值来设定。在许多设计中， R g大于此值，以调整导通时间或限制漏极dV/dt。 D off 和 R goff 有时需要增加关断加速电路。这通常用于半桥应用，在半桥应用中，一个设备在导通前另外一个设备必须彻底关断，以避免图腾柱直通和/或允许上端MOSFET的有一定反向恢复时间。 R gs（栅极至源极） Rgs称为栅极下拉电阻。许多商用低端栅极驱动器应用忽略Rgs。但好处是多方面的： 1)    地电压不稳定的应用容易出现一些故障，栅极至 源极电阻可保护栅极开路。还会在上电时建立确定的 状态，而此时控制信号可能仍处于未知状态。 （注意，在MOSFET栅极内部本身为开路时，这并不提供保护。） 2)    温和抑制栅极振铃，振铃是器件本身和用户布板造成的寄生电感引起。 对于用MOSFET做输出应用的的栅极驱动器，如常见的高压集成电路（HVIC）， R gs的值可能很低，从而使上端输出可能获得很大的静态电流。在MillerDrive®或复合应用输出中，双极性器件（IGBT，BJT等）提供高峰值电流，而上端MOSFET提供稳态输出电流。这会限制导通状态时 R gs的值，因此阻尼效果不大。某些栅极驱动器在输出和接地之间有内部电阻，如飞兆MillerDrive®拓扑。但是，这个电阻通常是100k，不足以减少许多应用中的栅极振铃。 在栅极振铃在区域II出现的设计中，漏极电压也可能振荡，导致热损耗增加，导通时间延长。但是， R gs和 R g也会形成一个分压网络，从而降低导通状态中的最终栅极电压。因此 R gs通常需要 R g。 并联MOSFET 栅极驱动中的 Rgate 和Rgs 在一个大电流栅极驱动器用于驱动多个MOSFET的设计中，使用独立栅极电阻( R g)可改进并联MOSFET之间导通和关断时间匹配。这是因为Rg可以适用器件 V th中细微不同而带来的影响。此外，尽可能靠近每个器件的单独 R gs电阻可用于减少从由于PCB到不同的栅极走线长产生的杂散电感引起的栅极的温和振铃。   具有无源栅极网络的基本仿真   设计人员经常问“我应该使用哪种栅极驱动器”？  要回答这个问题，我们必须先问“您需要什么 R g和 V ”？  由于具有MillerDrive®的低端栅极驱动器的源极电阻较低，它们可以在Spice中建模（对于大多数应用）作为虚拟缓冲器，其中输出电阻主要由 R g定义。Spice参数可用于设置上升和下降时间，以及传导延迟（甚至是双通道器件中的传导不匹配。（请参阅图3） 当峰值栅极电流已知并且确定了栅极驱动器的总功耗后，设计人员即可选择器件与设计匹配。然后会考虑一些因素，如栅极驱动器输出源电阻、输入控制拓扑和输入逻辑电平，以匹配设计实施。然后可快速参考飞兆选型指南以选择合适的器件。可在以下网址找到： http://www.fairchildsemi.com/Assets/zSystem/documents/collateral/productOverview/High-Speed-Low-Side-Gate-Drivers-Product-Overview.pdf 可进行迭代建模，以调整有 R g串联的栅极驱动器的大致输出电阻。   布局思路   在实际布局中应注意导通和关断阶段的电流路径，包括MOSFET的电流路径。基本原理相当简单： 1)    栅极驱动器应放置在MOSFET附近。使用双通道器件时，这可能具有挑战性。 2)    集成栅极驱动器的 V dd引脚上的旁路电容为开通瞬间提供电流。这需要旁路电容靠近栅极驱动器并足以吸收导通时的电流尖峰。这些通常是具有低串联电阻的陶瓷电容。 3)    R g、 R gs、 D off和 R goff需要紧密放置在MOSFET的附近。在驱动并联MOSFET的应用中，需要特别注意这一点。 4)    关断阶段将释放栅极和源极之间的电荷。通过栅极驱动器 GND 引脚的电流环路在回到源极终端需要从源极引脚单独提供电流路径，不能与源极端的大电流共路径。 5)    由于此紧密环路中有电流尖峰，布局时其他信号应远离栅极驱动器电路以避免受到耦合干扰。 6)    当开关频率很高并且辐射噪音需要注意时，栅极驱动器IN引脚的串联输入电阻能提供一定作用。 HVIC栅极驱动器对布局和元件值有相似要求。 AN-6076 ， 供高电压栅极驱动器 IC 使用的自举电路的设计和使用准则 是可做为应用低侧栅极驱动器的良好参考。对于箝位感性负载，请参阅飞兆 AN-6069 ， 低端门极驱动器的应用和比较评价 。 如果在电源开关电路、电机驱动和基本负载控制等应用中使用飞兆低压栅极驱动器、HVIC和MOSFET时有任何疑问，请联系当地飞兆代表。

今年早些时候，我发表了一篇博客，介绍印度能源效率局(BEE)的星级标签计划是如何大力推进和增加新产品的。（请参阅博客： 印度能源效率局(BEE)星级标签将包括笔记本产品 。）在当时，BEE涵盖了12种产品，现在这一数字已增至14。 据《印度商业在线》(The Hindu Business Line)近期刊载的一篇文章称，尽管产品标价更高，但节能产品的销量却一直在增长。文章援引了Market Xcel Data Matrix最近的一项研究数据 — 51%的受访者确认他们知道能效标签，这表明印度公民已开始接受该国的星级标签计划。 LG印度公司首席执行官Rajeev Jain注意到，在他们所销售的冰箱中有超过70%的冰箱为五星级产品（最高能效水平）。夏普和松下等公司的高管也证实节能产品在印度市场的需求量正在不断增长的趋势。 在像印度这样的发展中国家中，节能产品的普及至关重要，因为根据现有的发电能力，尚无法满足日益增长的电能需求。 如下附英文全文，或者请访问《印度商业在线》网站。   Durable shoppers now on power saving mode Indian consumers are becoming power conscious and opting for energy-efficient appliances even if such products cost much more. Conscious of this trend, manufacturers are introducing ranges of energy-efficient products. At LG India, the country's top durables manufacturer, more than 70 per cent of refrigerators sold are five-star rated units – rated for energy efficiency by the Bureau of Energy Efficiency (BEE). LG says the demand for energy efficient televisions is also picking up. “Star rated products save up to 37 per cent energy,” claims Mr Rajeev Jain, Business Head, Home Appliances, LG India. Mr Jain adds that the cost of such products is 10-15 per cent higher than the price of non-star rated products. Mr Sunil Sinha, CEO, Sharp Corporation, India, says that 30 per cent of the company's air-conditioner sales were accounted by higher priced inverter AC product. Inverter ACs are smart products in which the compressor changes frequency according to the ambient load and cools according to the need. The claim is it cuts energy bills by 40-50 per cent. According to Mr Sinha, the big difference in prices, surprisingly, does not deter consumer. A 1.5-tonne Sharp AC costs Rs 32,000 while its inverter AC range starts at Rs 47,000. Most of the durable makers Business Line spoke with confirmed this trend. Mr Pradeep Bakshi, COO of the Unitary Products Business, Voltas, said, “We have noticed the change in the consumer preference from non-energy efficient products to energy-efficient products. Thus, we have started targeting the maturing customers in metros and non-metros to upgrade to this technology.” He says Voltas has introduced five energy saving AC models this year. Voltas has also launched a DC inverter technology model, Ecotron, that claims to save up to 40 per cent power consumption. Blue Star, too, launched an inverter AC model this summer. Panasonic's Director, Marketing and Sales, Mr Manish Sharma, says the company has over 300 energy star qualifying models in diverse categories now. In fact, the power theme has now become rather pivotal for durables makers in their marketing campaigns. For the second year running, Mr Bakshi says, Voltas continued its ‘Sensible Cooling' campaign that talks about savings in a customer's electricity bills. Just last month, Market Xcel Data Matrix, a market research firm, came out with a survey that showed that energy efficiency labels have begun playing a role in the purchase decision of consumer durables. According to its study, 51 per cent of the respondents it spoke with were aware of energy efficiency labels, and 65 per cent of these respondents considered the efficiency aspect when they made the buy decision. The Ministry of Power, through the BEE, has been driving a campaign to make appliance majors switch to more star-rated products.

本周有则来自印度的消息，印度能源效率局(BEE)正推动将笔记本（膝上型）电脑纳入其星级标签计划。 BEE设立于2002年，其职责是制定相关政策以减缓印度经济日益增长所带来的不断增加的能源消耗。星级标签计划于2006年开始实施，其目的是为了降低能源消耗。目前，该计划涵盖12种产品。其中四种产品要求强制性标签认证，其他八种则是自愿性的。笔记本的星级标签将属于自愿性，在实施两年后将转为强制性。 针对这一决定，印度信息技术制造商协议(MAIT)回应说，各主要制造商（如Dell、Canon和HP）都对此表示支持。一家制造商表示，他们的产品已经达到能源之星5.0规范要求，他们将自动符合BEE标准。 有关BEE标准、星级标签计划以及制定中的笔记本（计算机下）标准的详细信息，请访问BEE的“关于标准与标签认证计划”页面。