隔離開關(guān)電源同步整流器數(shù)字控制與驅(qū)動技術(shù)
摘要:敘述了在SMPS隔離拓?fù)渲心軘?shù)字控制尤其是能適當(dāng)關(guān)斷作為整流器使用的一只或兩只MOSFET的一種方法,同時介紹了推薦技術(shù)的基本電路履行及智能驅(qū)動器STSRx系列ICs。關(guān)鍵詞:同步整流器;數(shù)字控制與驅(qū)動;STSRx系列智能驅(qū)動器
本文引用地址:http://m.butianyuan.cn/article/162433.htm
1引言
在主PWM控制器位于初級側(cè)的低DC輸出電壓隔離型開關(guān)電源(SMPS)中,通常采用專門設(shè)計的MOSFET作為同步整流器(SR)。作為SR使用的MOSFET具有非常小的導(dǎo)通損耗,有助于提高系統(tǒng)效率。
在初級側(cè)控制的隔離SMPS拓?fù)渲?,由于在隔離變壓器次級側(cè)沒有PWM控制信號,故欲產(chǎn)生適當(dāng)?shù)腟R控制信號顯得比較困難。但是,可以從變壓器次級輸出獲得有關(guān)數(shù)據(jù)。由于電路寄生元件的存在,同步信號在從隔離變壓器輸出分離(withdrawn)時,相對于初級PWM信號會發(fā)生延遲,并且在不連續(xù)導(dǎo)通模式(DCM)狀態(tài)會出現(xiàn)振蕩。因此,為SR提供驅(qū)動的控制電路必須能避免發(fā)生錯誤的操作。
在初級側(cè)控制的隔離拓?fù)渲?,為?qū)動SR需要適當(dāng)?shù)目刂齐娐罚蕴幚硗綍r鐘信號(clock)從隔離變壓器的輸出移開,解決驅(qū)動信號相對于時鐘輸入的定時等問題。若對SR控制不當(dāng),在兩個器件之間會發(fā)生“跨越導(dǎo)通”(crossconduction)。同時,在隔離拓?fù)涞拇渭売捎谙鄬τ诔跫壷鏖_關(guān)(MOSFET)驅(qū)動信號的延遲,會在相關(guān)元件之間形成短路,發(fā)生“貫通”(shootthrough)現(xiàn)象。產(chǎn)生貫通的機(jī)理,具體取決于變換器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。
2同步整流器的數(shù)字控制方法
在用作產(chǎn)生SR驅(qū)動信號的方案中,首推數(shù)字控制方法。
21系統(tǒng)基本結(jié)構(gòu)
SR數(shù)字控制系統(tǒng)一般由振蕩器(OSC)、限定狀態(tài)機(jī)構(gòu)(FiniteStatesMachine,簡寫FSM)、兩個耦合的向上/向下(UP/DOWN)計數(shù)器和兩個控制輸出邏輯等單元電路所組成,系統(tǒng)框圖如圖1所示。
控制電路有3個輸入和2個輸出。其中,2個輸出為隔離變換器次級2只MOSFETs提供互補(bǔ)驅(qū)動信號,3個輸入包括1個時鐘信號和2個輸出的期望(anticipation)時間設(shè)定。不論是接通還是關(guān)斷,2個輸出OUT1和OUT2沒有任何交迭。開關(guān)頻率為fs的方波信號出現(xiàn)在時鐘輸入端,期望的定時通過外部有關(guān)
圖1同步整流器數(shù)字控制器組成方框圖
圖2OUT2預(yù)期時間產(chǎn)生波形
圖4在TS1>TS2時OUT2及相關(guān)波形
圖3OUT1預(yù)期時間產(chǎn)生波形
輸入設(shè)定。2個計數(shù)器工作方式及作用不同:DOWN計數(shù)器用于處理輸出截止,UP計數(shù)器連續(xù)獲取OUT2開關(guān)周期期間或OUT1接通時間內(nèi)的有關(guān)數(shù)據(jù)。控制系統(tǒng)根據(jù)前面周期內(nèi)存儲的有關(guān)信息,在開關(guān)周期截止期內(nèi)的輸出被預(yù)先處理。采用這種控制方法,開關(guān)周期和接通時間(tON)被逐周連續(xù)監(jiān)測。
22穩(wěn)定條件
在穩(wěn)態(tài)條件(固定頻率和固定占空比)下,兩個開關(guān)周期中與輸出OUT2相關(guān)的波形如圖2所示。
在第1個開關(guān)周期(TS1)內(nèi),在時鐘輸入的上升沿上,兩個(UP/DOWN)計數(shù)器中第1個開始計算內(nèi)部時鐘(CK)脈沖。在接下來的一個時鐘輸入的上升沿(TS1結(jié)束)上,計數(shù)器停止計算。計算過的脈沖數(shù)目(n2)把開關(guān)周期的持續(xù)時間考慮在內(nèi)。所存儲的數(shù)據(jù),在下一個開關(guān)周期中被利用。
在第2個開關(guān)周期中,在內(nèi)部時鐘輸入的上升沿上,第1個計數(shù)器由大到小計算(countsDOWN)內(nèi)部時鐘脈沖,并且在計算到(n2-x2)個脈沖時終止。第2個計數(shù)器計算新的尚未計算的內(nèi)部時鐘脈沖,并適時修正開關(guān)周期(TS)期間的有關(guān)數(shù)據(jù)。OUT2超前截止總量為X2·TI(TI為內(nèi)部時鐘脈沖周期),并通過OUT2預(yù)期時間輸入設(shè)定。計數(shù)器UP或DOWN在每個周期內(nèi)的功能,相對于先前周期被交換。
為預(yù)期關(guān)斷OUT1,另外兩個UP/DOWN計數(shù)器將考慮計及接通時間(tON)期間的有關(guān)數(shù)據(jù),相關(guān)波形如圖3所示。
在第1個開關(guān)周期內(nèi),第1個計數(shù)器在時鐘輸入上升沿上開始計數(shù),并且在時鐘輸入下降沿上停止。其間計算的脈沖數(shù)量為n1,只計及tON時間之內(nèi)的脈沖數(shù)。
在第2個開關(guān)周期內(nèi),第1個計數(shù)器遞減計數(shù),在計算到n1-x1時停止。關(guān)斷OUT1的超前時間總計為x1·Ti,并由OUT1預(yù)期時間輸入設(shè)定。第2個計數(shù)器向上(由小到大)計算時鐘輸入上升沿與下降沿之間的脈沖數(shù)目。
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