智能同步整流控製器NCP4318為LLC諧振轉換器帶來更高能效和可靠性
發布時間:2021-08-12 責任編輯:wenwei
【導讀】在電源設計中,為提高能效,通常采用同步整流,即用MOSFET取代二極管整流器,從而降低整流器兩端壓降和導通損耗,實現更高的係統能效。
然而,傳統的同步整流在用於LLC諧振轉換器時,會有不少的技術挑戰,如:
● 由於雜散電感造成同步整流過早的關斷,導通損耗增加
● 由於不同工作頻率造成最小導通時間設置的困難
● 輕載條件下由於電容電流尖峰導致同步整流電流反向,最終對係統產生不良影響
安森美新推出的雙通道同步整流控製器NCP4318,完美地解決上述問題的挑戰,較前代FAN6248更進一步優化性能,適用於高能效服務器電源、網絡和電信電源、液晶電視及顯示器電源、高功率密度適配器、遊戲機等的LLC諧振電源轉換器之應用。
1 傳統的同步整流用於LLC諧振轉換器的技術挑戰
同步整流控製器按關斷方式分類有瞬時漏極電壓類型、預測類型、漏極電壓調節類型、含死區調節的混合控製類型。
傳統的同步整流控製大多采用瞬時漏極電壓類型,這種類型在負載瞬態期間安全運行。但雜散電感會產生正偏移VLS 導dao致zhi同tong步bu整zheng流liu過guo早zao的de關guan斷duan,固gu定ding的de關guan斷duan臨lin界jie值zhi電dian壓ya導dao致zhi本ben體ti二er極ji管guan導dao通tong時shi間jian較jiao長chang,增zeng加jia導dao通tong損sun耗hao,能neng效xiao降jiang低di。因yin此ci,需xu要yao自zi動dong調tiao節jie的de關guan斷duan臨lin界jie值zhi電dian壓ya以yi維wei持chi較jiao小xiao的de死si區qu時shi間jian。
yuceleixingtongbuzhengliuwuxujingquedeloujidianyajiance,yinerbushouzasandianganyingxiang,zaizasandianganjiaodadexitongzhongtigonggenggaonengxiao。danshuchufuzaideshunjianbianxiao時huidaozhizaiLLC諧振轉換器中的頻率瞬間增加,一旦關斷延遲,就會產生反向電流和漏極電壓突波。
漏極電壓調節類型,當同步整流電流減小時將會自動調整Vgs 來增加導通電阻RDS_ON以維持Vds 在關斷臨界值,雖然比由雜散電感導致的過早關斷要好,但較低的VGS導致產生更高的導通損耗。
hunhekongzhileixingjiejueshangshutiaozhan,danzaiqingzaitiaojianxia,youyujiaodideloujixieposhisiqushijianbianhuajiaoda,kenengyinqixitongbuwending,kecaiyongchizhidaisiqushijiantiaojiekongzhijiejuezhewenti。dangchujice LLC 控製器 VDD 關斷和交流電關斷時,最小導通時間功能防止快速關斷,但會產生負電流和巨大的 VDS 尖峰,因此需要有精密的保護功能如初級側關斷、同步整流反向電流檢測、漏極異常檢測。
NCP4318使用瞬時漏極電壓和前一周期的死區時間信息,用於LLC諧振實現更高能效,外部元器件極少。自適應死區時間控製可以抵補寄生電感電壓,以最大化同步整流 MOSFET 能neng效xiao。多duo階jie段duan關guan斷duan臨lin界jie值zhi控kong製zhi和he同tong步bu整zheng流liu電dian流liu反fan向xiang檢jian測ce功gong能neng可ke防fang止zhi快kuai速su負fu載zai瞬shun變bian期qi間jian的de反fan向xiang電dian流liu,並bing使shi同tong步bu整zheng流liu在zai整zheng個ge負fu載zai範fan圍wei內nei穩wen定ding運yun行xing。
2 NCP4318的關鍵特性
NCP4318采用混合模式同步整流關斷控製,具有反向電流保護特性,確保可靠的同步整流,每個同步整流 MOSFET都有專用的200 V額e定ding漏lou極ji檢jian測ce和he專zhuan用yong源yuan極ji檢jian測ce引yin腳jiao,遲chi滯zhi帶dai死si區qu時shi間jian調tiao節jie控kong製zhi有you助zhu於yu最zui小xiao化hua本ben體ti二er極ji管guan導dao通tong時shi間jian和he最zui大da化hua能neng效xiao。輕qing載zai時shi當dang電dian容rong電dian流liu足zu以yi預yu先xian導dao通tongMOSFET時,NCP4318檢測到同步整流器的電流反向。通過增加在輕載條件下的導通延遲,可避免這樣的運行模式,提供安全、穩定和高效的工作,避免漏極電壓突波。
NCP4318有一個自調節最小導通時間電路,以更好地抗噪。同步整流1~3階式門(閘)極導通電壓與軟啟動脈衝數控製。它可根據負載條件、工作頻率和溫度自調節門電壓控製 (10 V, 6 V, 5 V),從而提高輕載條件和高頻工作下的能效。精密的保護功能如初級端關斷、漏極檢測異常保護等實現更高的可靠性。節能模式下的工作電流低,典型值100 uA。6 V門輸出電壓的軟啟動確保穩定的啟動。具有30 ns的極快導通和關斷延遲時間,強大的電流能力,源電流/灌電流為1.5 A/4.5 A。寬工作電壓範圍6.5 V至35 V。工作頻率範圍22 kHz到500 kHz。
圖1所示為NCP4318的典型應用電路,在初級端有一個LLC控製器。在次級端,配置非常簡單,包含一個NCP4318控製器和2個外置電阻,在噪聲嚴重的係統中可能需要再添加2個電容。因此,NCP4318是個高度集成的控製器,需要最少的外部元件。

圖1:NCP4318的典型應用電路
3 NCP4318的3個版本

4 能效測試
我們對NCP4318和競爭對手的同類器件進行了能效對比測試,其中Vin=390 Vdc,可看到從輕載到重載,NCP4318的能效都是極高的,最高時約97%。



圖2:NCP4318提供高能效
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