主动整流应用氮化镓取代传统整流桥

在充电器中，整流桥的损耗占据整机损耗的相当大一部分，尤其是使用氮化镓器件之后，整流桥的损耗占比就更加明显了。整流桥的损耗主要由内置二极管的正向压降产生，电流流过二极管时，二极管正向压降产生功耗。桥式整流是由四只二极管组成，所以正向压降为双倍，大约为1.5-2V。

对于65W的充电器来说，220Vac输入时，整流桥正向压降所带来的功率损失约为0.6W，按照转换效率为92%来计算，输入功率计算为70.65W，减去输出功率，充电器上损失的总功率为5.65W。在充电器损失的功率中，整流桥的损耗大约占据11%。

图为一款充电器中使用的两颗整流桥，单颗整流桥作为半桥来使用，内部两个二极管并联，用来降低发热，另外一颗也是同样的接法，将发热均分到两个整流桥上，避免电流同时在一个整流桥内部的两个二极管上流过，从而降低单个器件的发热。

这种解决方案虽然说降低了单个器件上的发热，但只是将发热的面积扩大，可以简化散热的需求，但并没有解决整流桥功耗的问题。

同步整流的出现

经常看充电头网文章的朋友们应该发现了，华硕300W笔记本电源，苹果140W PD3.1电源都在内部使用了主动整流的方式，通过使用MOS管来代替整流管。使用两颗MOS管取代桥式整流内部的两颗二极管，将两颗二极管串联的压降降低一半，从而将整流桥的损耗减半。这是一种折衷的方法，降低一半整流桥压降，从而提高效率。

同步整流的原理就是使用导通电阻极低的MOS管，通过专用的控制器控制通断，使其具有二极管的单向导通特性。从而在整流场合取代传统的二极管，避免二极管的正向压降在流过大电流时产生过大的损耗。

现代的充电器已经在次级普及同步整流技术，国产同步整流控制器和同步整流芯片技术也已经非常成熟，在充电器中的普及率非常高。但是初级同步整流却没有这么普及，应用也非常少。

同步整流在充电器初级存在感低

对于小功率的充电器来说，100W的输出功率，整流桥的损耗约为1W，使用较大尺寸的机身配合内置金属散热片，能够满足温升需求。搭配氮化镓技术，也能获得90%以上的效率。同时整流桥作为基础器件，国内生产非常普及，价格也非常亲民。总的来说，整流桥在充电器中还是具有非常全面的优势的。

我们上面说过是新近推出的高功率密度的氮化镓快充在输入端采用了同步整流，主要原因还是由于小体积带来的温升问题。充电器体积小，表面积就小，所以说为了控制温升，还是要想办法提高效率，降低发热。

使用了氮化镓技术的电源，可以做到小体积，主要原因在于氮化镓高频高效的特性。氮化镓支持高速开关，大大降低了开关损耗，减小器件的温升。高速开关还可以支持高频工作，通过提高工作频率减小变压器电感，减小磁性元件的体积，从而减小充电器的尺寸。

然而，氮化镓带来的性能优势，却因为整流桥的存在而不能充分发挥，这也是受限于成本和设计制约，无法实现高效率设计。主动整流现在存在的问题主要是成本较高，需要专门的控制器和四颗高压MOS管组成，电路相较整流桥复杂。

氮化镓潜力彻底释放

随着氮化镓快充的不断发展，输出功率的提升，小体积的设计，对电源内部设计要求越来越高。降低电源内部的功率损耗，提高电源的能效，从而降低散热需求，成为大家设计电源的重点。

此前，充电头网在聚能创芯推出高性能主动整流240W电源方案中，首次见到氮化镓替代传统整流桥的应用。

针对大功率的快充应用，通过使用主动整流能够消除整流桥的损耗，从而降低整机的散热需求，对于极致大功率小体积设计的应用，可以满足设计预期，实现高功率低损耗的应用。

主动整流通过控制器根据交流电压的输入极性，自动切换对角的MOS管导通或关闭，电流流过超低导阻的MOS管带来的压降损失极小，同时损耗也极小，从而实现超低损耗的主动整流。

氮化镓器件易于驱动，导阻低的特点不仅适用于高频开关，还适合用于主动整流应用。高压低导阻的MOS管，通常具有较大的Ciss，主动整流控制器为了外围精简，内部使用线性降压电路为内部的控制器和驱动器供电。传统MOS管较大的Ciss，在为栅极充电时会造成较大的功率损耗，导致控制器芯片温升过高。

应用氮化镓器件到主动整流，导阻相同的情况下，Ciss仅为传统MOS管的几十分之一，显著减小驱动器的功率损耗，从而降低主动整流控制器上的温升，实现高效率高可靠的主动整流。

充电头网总结

想不到吧，氮化镓器件除了广泛应用在快充上，还可以使用在主动整流上。氮化镓具有的易驱动，开关损耗小的优势，能支持更高的开关频率，具有更低的开关损耗，提高了转换效率。将氮化镓应用到主动整流上，能够减小电源输入端整流桥带来的损耗，进一步提升电源效率。

氮化镓易于驱动优势，还可进一步降低主动整流控制器的功耗，支持多颗器件并联应用，用于更大功率的场合。在数千瓦的电源应用中发挥出明显的节能降耗，凸显第三代半导体价值。

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