用於LLC諧振轉換器的同步整流器

 

使用二極管整流器時，如圖1所示，全部輸出電流流過輸出二極管。對於低電壓或高輸出電流應用，這些二極管整流器中存在顯著的效率損失和熱應力。

 

圖1.帶二極管整流器的LLC轉換器

 

如果二極管用固定的正向電壓降VF建模，則可以基於等式1估計每個整流二極管的損耗。，采取這樣的方式計算
，對於具有0.5V正向壓降的12V，10A輸出設計來說，每個二極管產生2.5W的損耗
，這意味著總效率損失約為4%。

 

 

使用如圖2所示的同步整流器（SR），MOSFET上的電壓降可能遠低於典型的二極管正向電壓。

 

對於相同的設計
，如果用MOSFET替換整流二極管
，並通過適當的控製
，可以使用公式2計算傳導損耗，次級側電流形狀與圖3所示的正弦曲線類似。使用4 mΩ RDSon，每個整流器損耗可降至0.247 W，相當於總效率損失0.4%。

 

圖2.帶同步整流器的LLC轉換器

 

 

圖3.LLC次級側電流

 

LLC同步整流器控製的設計挑戰

 

可以通過監測其漏極-源極電壓（VDS）laikongzhitongbuzhengliuqi。zaitongbuzhengliuqidaotongzhiqian，dianliuliuguoqitierjiguan。tierjiguanzhengxiangdianyajiangkeyongyuchufatongbuzhengliuqidaotong。zaitongbuzhengliuqidaotonghou，qidaotongdianzubianweidianliujiancedianzu，VDS可用於在電流反轉之前檢測電流以關斷同步整流器。盡管控製方法非常簡單
，但LLC諧振轉換器同步整流器控製仍存在一些設計挑戰。

 

同步整流器關斷時間：LLC同步整流器控製的最大挑戰是在正確的時間關斷同步整流器。與反激式轉換器不同，LLC同步整流器通常承載更高的電流並具有更高的di/dt。如圖4所示
，檢測電壓VSENSE用於同步整流器控製。 

 

它包括RDSon壓降（VSR）和由di/dt引起的封裝電感（LD，LS）上的偏移電壓。對於高di/dt和封裝電感，該偏移電壓可能很大並且同步整流器經常過早關斷，這導致較長的體二極管導通時間和較大的傳導損耗。 

 

圖4.同步整流器控製器檢測到的電壓

 

突發模式運行：與LLC轉換器中使用的同步整流器相關的另一個挑戰是突發模式運行。在突發模式期間，兩個初級側開關都將關斷。開關節點電容器與LLC變(bian)壓(ya)器(qi)磁(ci)化(hua)電(dian)感(gan)器(qi)諧(xie)振(zhen)。這(zhe)種(zhong)低(di)頻(pin)寄(ji)生(sheng)振(zhen)蕩(dang)有(you)潛(qian)在(zai)的(de)可(ke)能(neng)使(shi)同(tong)步(bu)整(zheng)流(liu)器(qi)錯(cuo)誤(wu)地(di)導(dao)通(tong)並(bing)使(shi)輸(shu)出(chu)將(jiang)能(neng)量(liang)傳(chuan)遞(di)到(dao)初(chu)級(ji)側(ce)，這(zhe)將(jiang)導(dao)致(zhi)更(geng)多(duo)的(de)傳(chuan)導(dao)損(sun)耗(hao)。

 

低待機功率：即ji使shi同tong步bu整zheng流liu器qi節jie省sheng了le傳chuan導dao損sun耗hao
，由you於yu控kong製zhi電dian路lu和he柵zha極ji驅qu動dong器qi損sun耗hao，它ta們men也ye會hui給gei係xi統tong增zeng加jia額e外wai的de損sun耗hao。由you於yu節jie省sheng了le大da量liang傳chuan導dao損sun耗hao，因yin此ci在zai較jiao重zhong負fu載zai下xia這zhe種zhong額e外wai損sun耗hao微wei不bu足zu道dao。但dan是shi，在zai空kong載zai條tiao件jian下xia，將jiangSR控製器置於待機模式並使用SR體二極管進行整流

，可以高效地禁用SR控製器。

 

可靠性問題：由(you)於(yu)電(dian)容(rong)濾(lv)波(bo)器(qi)的(de)存(cun)在(zai)，如(ru)果(guo)兩(liang)個(ge)同(tong)步(bu)整(zheng)流(liu)器(qi)同(tong)時(shi)導(dao)通(tong)，則(ze)輸(shu)出(chu)將(jiang)通(tong)過(guo)變(bian)壓(ya)器(qi)短(duan)路(lu)，並(bing)且(qie)預(yu)計(ji)會(hui)發(fa)生(sheng)災(zai)難(nan)性(xing)故(gu)障(zhang)。防(fang)止(zhi)兩(liang)個(ge)同(tong)步(bu)整(zheng)流(liu)器(qi)同(tong)時(shi)導(dao)通(tong)至(zhi)關(guan)重(zhong)要(yao)，甚(shen)至(zhi)應(ying)該(gai)考(kao)慮(lv)到(dao)由(you)電(dian)路(lu)噪(zao)聲(sheng)引(yin)起(qi)的(de)錯(cuo)誤(wu)觸(chu)發(fa)。

 

用於LLC轉換器的UCC24624同步整流器控製器

 

為了實現更好的LLC諧振轉換器效率，可引入UCC24624雙同步整流器控製器與LLC控製器（如UCC25360係列）一起使用。

UCC24624實現了同步整流器控製的VDS檢測，以及針對LLC同步整流器控製挑戰的各種功能
，使其成為實現高效LLC設計的理想解決方案。

 

為解決同步整流器提前關斷的挑戰

，UCC24624實現了比例柵極驅動，以及可調節的+ 10.5 mV關斷閾值。比例柵極驅動在電流下降沿降低同步整流器柵極電壓。降低的柵極驅動電壓會增加同步整流器MOSFET RDSon，從而導致同步整流器上的壓降更高。這種增加的壓降超過了封裝電感引起的偏移電壓。加上正關斷閾值，UCC24624可將體二極管導通時間降至最低。為了使具有更高寄生電感的封裝（例如TO-220）更好地工作
，通過使用從VSS引腳到同步整流器MOSFET源極引腳的外部偏移電阻，UCC24624可讓設計人員進一步提高其關斷閾值。這使得控製器更少受到MOSFET封裝的影響。

 

圖5.用於LLC轉換器的UCC24624雙同步整流器控製器

 

為了改善突發模式運行，除了傳統的停機消隱的方式外
，UCC24624還(hai)采(cai)用(yong)自(zi)適(shi)應(ying)導(dao)通(tong)延(yan)遲(chi)時(shi)間(jian)。在(zai)正(zheng)常(chang)運(yun)行(xing)期(qi)間(jian)
，導(dao)通(tong)延(yan)遲(chi)保(bao)持(chi)很(hen)短(duan)，從(cong)而(er)縮(suo)短(duan)體(ti)二(er)極(ji)管(guan)導(dao)通(tong)時(shi)間(jian)並(bing)提(ti)高(gao)效(xiao)率(lv)。在(zai)突(tu)發(fa)模(mo)式(shi)運(yun)行(xing)期(qi)間(jian)，同(tong)步(bu)整(zheng)流(liu)器(qi)運(yun)行(xing)從(cong)互(hu)補(bu)方(fang)式(shi)變(bian)為(wei)無(wu)轉(zhuan)換(huan)方(fang)式(shi)。UCC24624可通過這一指示檢測LLCshifouyijinrutufamoshiyunxing。zhekezengjiadaotongyanchishijian
，youzhuyuyizhijishengzhendang。zaiqingfuzaitiaojianxia，weitigongewaidezaoshengyizhi，daotongyanchiyehuizengjia。zishiyingdaotongyanchishijiandezheyixingneng
，youzhuyuzaibuxishengxiaolvxingnengdeqingkuangxiayizhizaosheng。

 

UCC24624還具有內置的自動待機模式檢測電路，而無需使用外部元件。對於空載時的LLC轉換器
，轉換器以突發模式運行以調節輸出電壓。每個開關周期中的LLC同步整流器導通時間仍然很長
，而轉換器的平均開關頻率非常低。UCC24624根據轉換器平均開關頻率檢測輕載條件。它可使控製器在空載時進入待機模式
，有助於實現低待機功耗。

 

為(wei)了(le)提(ti)高(gao)可(ke)靠(kao)性(xing)並(bing)防(fang)止(zhi)兩(liang)個(ge)同(tong)步(bu)整(zheng)流(liu)器(qi)同(tong)時(shi)導(dao)通(tong)，將(jiang)互(hu)鎖(suo)邏(luo)輯(ji)應(ying)用(yong)於(yu)同(tong)步(bu)整(zheng)流(liu)器(qi)控(kong)製(zhi)的(de)兩(liang)個(ge)通(tong)道(dao)。在(zai)一(yi)個(ge)通(tong)道(dao)處(chu)於(yu)同(tong)步(bu)整(zheng)流(liu)器(qi)導(dao)通(tong)時(shi)間(jian)期(qi)間(jian)，同(tong)時(shi)禁(jin)止(zhi)另(ling)一(yi)個(ge)通(tong)道(dao)同(tong)步(bu)整(zheng)流(liu)器(qi)導(dao)通(tong)。即(ji)使(shi)在(zai)係(xi)統(tong)噪(zao)聲(sheng)的(de)幹(gan)擾(rao)下(xia)，互(hu)鎖(suo)邏(luo)輯(ji)仍(reng)可(ke)提(ti)高(gao)運(yun)行(xing)的(de)可(ke)靠(kao)性(xing)。

 

總結

 

憑借所有內置智能以及TI UCC25630係列LLC控製器
，UCC24624為LLC轉換器設計中的同步整流器控製提供了高效
、經濟的解決方案。

 

 

推薦閱讀：