LLC諧振電路--同步整流技術(shù)圖文-KIA MOS管

同步整流是一種提高DC/DC變換效率的技術(shù)，尤其是在低電壓、大電流的應(yīng)用場(chǎng)合，其效果更為顯著。同步整流技術(shù)是通過(guò)采用導(dǎo)通電阻較小的MOS管代替DC/DC變換器中的整流二極管，從而提高效率。

就像在通信電源領(lǐng)域，以一款24V/50A輸出，功率為1200W的通信電源為例，假設(shè)變換器采用的是全波整流電路。

整流二極管采用的是肖特基二極管，其正向?qū)▔航凳?.3V，正常工作時(shí)每個(gè)肖特基二極管導(dǎo)通損耗為15W，總計(jì)是30W，占據(jù)了總功率的2.5%，會(huì)嚴(yán)重影響變換器的效率。

假設(shè)采用的是同步整流技術(shù)，選取合適的MOS管代替肖特基二極管，例如MOS管IPB014N06NATMA1,其漏源級(jí)擊穿電壓為60V，連續(xù)漏極電流為180A，導(dǎo)通電阻僅為1.2mΩ，變換器正常工作時(shí)，每個(gè)該MOS管導(dǎo)通損耗為3W，總計(jì)為6W,占據(jù)了總功率的0.5%，可以看出采用同步整流大大降低了損耗，提高了變換器的效率。

同步整流技術(shù)對(duì)于提高DC/DC變換器的效率的作用毋庸置疑，但是由于其整流管采用MOS管替代二極管，因此電路設(shè)計(jì)時(shí)還需要設(shè)計(jì)MOS管的驅(qū)動(dòng)電路，增加了電路的復(fù)雜度。同時(shí)，同步整流采用的MOS管價(jià)格成本往往都要高于二極管，因此在設(shè)計(jì)DC/DC變換器是應(yīng)綜合考慮效率和成本的問(wèn)題。

驅(qū)動(dòng)信號(hào)要求

為了保證DC/DC變換器同步整流正常有效的工作，設(shè)計(jì)時(shí)對(duì)于MOS管驅(qū)動(dòng)電路產(chǎn)生的驅(qū)動(dòng)信號(hào)具有一定的要求。

以全波整流電路為例，采用同步整流技術(shù)，兩個(gè)MOS管的驅(qū)動(dòng)信號(hào)為互補(bǔ)信號(hào)，同時(shí)為了防止兩個(gè)MOS管同時(shí)導(dǎo)通，造成變壓器副邊短路的情況，通常需要設(shè)置一定的死區(qū)時(shí)間。

而驅(qū)動(dòng)信號(hào)的死區(qū)時(shí)間不宜過(guò)長(zhǎng)，死區(qū)過(guò)長(zhǎng)將導(dǎo)致電流流過(guò)兩個(gè)MOS管的體二極管的時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，導(dǎo)通損耗增大，影響同步整流的效果。

綜上所述，最為理想同步整流工作狀態(tài)是所有的電流均流過(guò)MOS管的溝道，而非其體二極管，然而考慮到實(shí)際電路的一些情況，比如計(jì)生參數(shù)以及環(huán)境因素等影響，對(duì)設(shè)計(jì)理想的同步整流驅(qū)動(dòng)信號(hào)增加了一定的難度。

驅(qū)動(dòng)方式分類

不同的DC/DC變換器電路的拓補(bǔ)，其同步整流驅(qū)動(dòng)方式也有所不同，主要驅(qū)動(dòng)方式分為外驅(qū)動(dòng)和內(nèi)驅(qū)動(dòng)兩種，其中，外驅(qū)動(dòng)可分為傳統(tǒng)型驅(qū)動(dòng)和檢測(cè)漏源極電壓型驅(qū)動(dòng)，內(nèi)驅(qū)動(dòng)可分為電壓型驅(qū)動(dòng)、電流型驅(qū)動(dòng)以及混合型驅(qū)動(dòng)。

傳統(tǒng)型外驅(qū)動(dòng)通常使用原邊逆變橋的驅(qū)動(dòng)控制芯片產(chǎn)生同步整流管的驅(qū)動(dòng)信號(hào)，理想情況下原副邊MOS管驅(qū)動(dòng)信號(hào)時(shí)序一致，同時(shí)由于LLC諧振變換器原副邊存在變壓器，因此SR的驅(qū)動(dòng)信號(hào)需要通過(guò)隔離電路與原邊進(jìn)行隔離，

如圖所示，當(dāng)LLC諧振變換器工作在變壓器副邊電流連續(xù)或者臨界連續(xù)的狀態(tài)時(shí)，原邊逆變橋驅(qū)動(dòng)控制芯片產(chǎn)生的驅(qū)動(dòng)信號(hào)與副邊電流同步，符合同步整流驅(qū)動(dòng)的要求；當(dāng)LLC諧振變換器工作在變壓器副邊電流斷續(xù)的狀態(tài)時(shí)，副邊電流一旦下降到零。

由于原邊變橋驅(qū)動(dòng)控制芯片驅(qū)動(dòng)信號(hào)依然存在，導(dǎo)致副邊SR依然導(dǎo)通，因此在電流斷續(xù)的這段時(shí)間，能量將從副邊回流到原邊，最終導(dǎo)致變換器損耗增加，增益下降。

根據(jù)上述分析可以得出，傳統(tǒng)型外驅(qū)動(dòng)適用于LLC諧振變換器變壓器副邊電流連續(xù)或者臨界連續(xù)的工作狀態(tài)，并且存在增益受限、副邊SR無(wú)法實(shí)現(xiàn)零電流關(guān)斷軟開(kāi)關(guān)等問(wèn)題。

檢測(cè)漏源極電壓型驅(qū)動(dòng)主要是采用相關(guān)集成電路芯片搭建的電路，提供SR驅(qū)動(dòng)信號(hào)。目前市場(chǎng)上同步整流IC芯片數(shù)量很多，例如STM公司的SRK2000、ON公司的FAN6208、INFINEON公司的IR11682等。

其中，大多數(shù)芯片都是撿測(cè)SR漏源極電壓的方式來(lái)提供驅(qū)動(dòng)信號(hào)，以STM公司的SRK2000為例，介紹檢測(cè)漏源極電壓型驅(qū)動(dòng)的工作原理。

SRK2000采用SO-8封裝，其引腳數(shù)量少，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，如圖所示，DVS1和DVS2為檢測(cè)ＳＲ漏源極電壓的引腳，GD1和GD2為驅(qū)動(dòng)SR的引腳。圖為SRK2000工作波形圖，上圖為SR漏源極電壓波形，下圖為SR門(mén)極驅(qū)動(dòng)電壓波形。

SR漏源極電壓波形所示，圖中的兩個(gè)電壓值，即Ｖｔｈ－ｏｎ和Ｖｔｈ－ｏｆｆ均為ＤＶＳ１和ＤＶＳ２檢測(cè)判斷閾值。其中，體二極管開(kāi)始導(dǎo)通的標(biāo)志，一般為－０．７Ｖ，—旦檢測(cè)到該值，應(yīng)立即輸出驅(qū)動(dòng)信號(hào)，開(kāi)通ＳＲ；

Ｖｔｈ＿〇ｆｆ是ＳＲ關(guān)斷的標(biāo)志，可以設(shè)在－２５ｍＶ到－１２ｍＶ之間，一旦檢測(cè)到該值，說(shuō)明此時(shí)需要關(guān)斷ＳＲ，從而達(dá)到理想的同步整流效果。

在實(shí)際應(yīng)用時(shí)，由于ＶＴＨ＿〇ＦＦ閾值電壓很小，電路中又存在寄生參數(shù)的影響，導(dǎo)致ＤＶＳ１、ＤＶＳ２引腳檢測(cè)ＳＲ漏源極電壓有偏差，因此可能會(huì)發(fā)生ＳＲ誤關(guān)斷的情況，影響同步整流的效果。

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