反激變換器副邊同步整流控制器STSR3的應(yīng)用詳解

通過增設(shè)一只NPN晶體管接在腳CK與腳SGLGND之間，如圖9所示，用一只二極管和拉住電阻器去同步STSR3的關(guān)斷電路，用Q1和R2接法來等效于電阻分壓器電路，可以容易地關(guān)斷STSR3。當(dāng)圖9中信號(hào)“OFF”為高電平時(shí)，該三極管導(dǎo)通，迫使腳CK降到地電平。在這種條件下，OUTGATE腳將變?yōu)榈碗娖綘顟B(tài)，從而關(guān)斷同步MOSFET開關(guān)管。

圖9 芯片增設(shè)的外部關(guān)閉電路

2.4 非連續(xù)導(dǎo)通模式

正如前面圖5所示，在非連續(xù)模式工作狀態(tài)下，當(dāng)檢測(cè)原邊開關(guān)轉(zhuǎn)換信號(hào)時(shí)，可能會(huì)存在一些問題。芯片內(nèi)部的峰值檢波器，只能確定腳CK達(dá)到的峰值，而忽略其他所有較低值的信號(hào)。查看圖5可知，應(yīng)確保開關(guān)轉(zhuǎn)換波形與正弦波之間最小的電壓差為V1=400mV時(shí)，也能讓峰值檢波器正常地工作。正像前面的敘述中提到的，如果輸入電壓可變范圍大于1：2，那么就必須增加二極管D1，來箝位腳CK上的電壓。在這種條件下，無論是開關(guān)轉(zhuǎn)換波形，還是正弦波形都被箝位，使峰值檢波器不能正確工作，則易產(chǎn)生如圖10所示STSR3錯(cuò)誤觸發(fā)時(shí)的驅(qū)動(dòng)脈沖波形。這時(shí)若采用一個(gè)如圖11中所示的外部峰值檢波器電路，就能解決問題，使芯片在連續(xù)或非連續(xù)模式下均能正確工作。

(a) 峰值檢波器輸入

(b) 峰值檢波器輸出

圖10 錯(cuò)誤箝位的異常驅(qū)動(dòng)輸出

圖11 外部加設(shè)的峰值檢波器電路

2.5 外部峰值檢測(cè)器

當(dāng)輸入電壓可變范圍高于1：2時(shí)，可用圖11外峰值鐘檢測(cè)器，取代前面圖7中電路，以保證STSR3在非連續(xù)或連續(xù)導(dǎo)通模式下均正確工作，它向腳CK供純凈的矩形波。

R20是一只拉住電阻器，當(dāng)同步整流MOSFET導(dǎo)通或者它的體二極管導(dǎo)通時(shí)，圖11中V1電壓值是低電平。當(dāng)MOSFET截止時(shí)(對(duì)應(yīng)于原邊的開關(guān)時(shí)間)，電壓V1在5V值。圖11中的R22和C10構(gòu)成一個(gè)低通濾波器，甚至當(dāng)振鈴脈沖幾乎為零值時(shí)(見圖12中波形)，它也能具備正確的同步信號(hào)。但是，R22和C10又會(huì)引起不希望的延遲時(shí)間，所以，再增加R21和C9組合電路，就能在快速開關(guān)轉(zhuǎn)換時(shí)減小該延遲。ST公司的邏輯器件74V1T70可消除噪聲，防止它誤觸發(fā)STSR3內(nèi)部的峰值檢波器。在后面的敘述中會(huì)給出該電路的建議值。

圖12 當(dāng)振鈴電壓接近零值時(shí)可能會(huì)引起IC錯(cuò)誤觸發(fā)

2.6 禁止工作電路

在二極管整流與同步整流之間存在著一種差異，即MOSFET導(dǎo)通時(shí)電流可能雙向流動(dòng)，而二極管導(dǎo)通時(shí)電流只呈單方向。在非連續(xù)模式用二極管整流時(shí)，當(dāng)電感器的電流降到零值，它也不能反向流動(dòng)，若用MOSFET做整流器，當(dāng)電感電流降到零，它將繼續(xù)減小變?yōu)樨?fù)值，并從同步MOSFET漏極流向源極。在這種條件下，變換器好像就工作在連續(xù)模式。

若需工作在非連續(xù)模式，則當(dāng)電感電流為零時(shí)，同步MOSFET應(yīng)截止，故體二極管作共用整流器，避免電感電流反向。當(dāng)該電流接近0時(shí)，腳INHIBIT能關(guān)斷同步MOS，使變換器工作在非連續(xù)模式。

芯片在腳INHIBIT的內(nèi)部接了一個(gè)門限電平為-25mV的比較器。該腳外部通過一只電阻器接到同步MOSFET的漏極。在開始截止時(shí)間(此時(shí)CK處于低電平)，OUTGATE處于高電平。INHIBIT電壓的監(jiān)控時(shí)間為250ns：如果腳INHIBIT上的電壓高于-25mV，那么OUTGATE變?yōu)榈碗娖?如果腳INHIBIT電壓低于-25mV，那么OUTGATE保持高電平，直到其電壓達(dá)到-25mV為止。這是由于當(dāng)同步MOSFET導(dǎo)通時(shí)，其漏極上電壓為VDS=-RDS(ON)×ID。如果VDS高于-25mV，這就意味電流在減小，并且接近非連續(xù)模式，所以O(shè)UTGATE關(guān)斷，讓MOSFET的體二極管工作，見圖13。當(dāng)變換器在連續(xù)模式時(shí)，腳INHIBIT電壓總是低于-25mV，則OUTGATE保持高電平。

(a) 同步整流MOSFET源極—漏極電壓

(b) 電感電流

(c) 禁止INHIBIT工作電壓

(d) 同步整流MOSFET柵極電壓

圖13 禁止電路工作波形

在原邊MOSFET轉(zhuǎn)換到關(guān)斷期間，腳INHIBIT電壓應(yīng)在250ns之內(nèi)從高降到-25mV。選擇R26阻值應(yīng)適合該特性。當(dāng)變換器與其他電源并聯(lián)工作時(shí)，腳INHIBIT檢測(cè)同步MOSFET兩端電壓，也避免變換器從輸出端吸入電流。

雖然腳INHIBIT允許工作在非連續(xù)模式，但是在原邊開關(guān)管關(guān)斷期間，-25mV門限電平對(duì)同步整流MOSFET漏極出現(xiàn)的振鈴，可能是敏感的，會(huì)引起不完全的OUTGATE導(dǎo)通。利用時(shí)鐘信號(hào)提供負(fù)極性電壓加到腳INHIBIT起消隱時(shí)間作用，就能避免這一不恰當(dāng)?shù)那闆r。采用圖14中所示的一些元器件，可容易地產(chǎn)生該負(fù)極性電壓。消隱時(shí)間值由C11和R25確定。它對(duì)覆蓋振鈴時(shí)間結(jié)束是必要的，圖15中的振鈴信號(hào)由原邊開關(guān)截止時(shí)引起。(待續(xù))

圖14 給INHIBIT提供負(fù)極性電壓的電路

圖15 關(guān)斷原邊開關(guān)管時(shí)的振鈴波形