在半橋諧振轉(zhuǎn)換器中提升次級(jí)端同步整流器功率效率的控制方法分析

圖4. 雙電流互感器控制同步整流器的波形

圖5. 單一電流互感器控制同步整流器的波形

雖然使用電流互感器檢測(cè)電流信號(hào)能夠控制MOSFET導(dǎo)通和關(guān)斷的時(shí)間，但還是存在不足。通過(guò)監(jiān)測(cè)流過(guò)電流互感器次級(jí)端的電流來(lái)檢測(cè)信號(hào)，會(huì)少許增大電流互感器的電流損耗，略微降低SR的效率。如果是這樣，在發(fā)生最輕微的過(guò)負(fù)載時(shí)必須關(guān)斷同步整流器的功能，設(shè)計(jì)人員必需在兩個(gè)電路相位反轉(zhuǎn)和交替時(shí)仔細(xì)監(jiān)測(cè)電流。

2. 檢測(cè)次級(jí)端同步整流器電壓VDET

使用電流互感器檢測(cè)次級(jí)端電流，可以方便地控制MOSFET，但為了避免電流互感器上的損耗，可以使用另一種檢測(cè)方法。為此，在檢測(cè)MOSFET導(dǎo)通時(shí)，利用RDSON上的電壓來(lái)揭示MOSFET電流的直接比率。這樣在MOSFET導(dǎo)通時(shí)檢測(cè)了電壓，并且提供了一種控制關(guān)斷時(shí)間的方法。MOSFET導(dǎo)通定時(shí)使用了跨越MOSFET的體二極管。當(dāng)次級(jí)端電流相位轉(zhuǎn)換時(shí)，電流通過(guò)MOSFET，使其關(guān)斷。使用這些條件來(lái)控制MOSFET的導(dǎo)通定時(shí)，MOSFET上的電壓將會(huì)降低二極管的正向電壓VF。如圖6所示，當(dāng)IDS開(kāi)始通過(guò)MOSFET的體二極管時(shí)，MOSFET上的電壓VDET為負(fù)，觸發(fā)發(fā)出GATE信號(hào)來(lái)導(dǎo)通MOSFET。在GATE導(dǎo)通時(shí)，可以觀察到VDET下降，電壓為RDSON*IDS。

圖6. 同步整流器的VDS波形

該檢測(cè)方法可與使用電流互感器檢測(cè)電流的方法相媲美，防止電流互感器之間和電流互感器上的能量損失，并精確地控制電流互感器的使用。這種方法最適合LLC次級(jí)端同步整流器。重要的是保證檢測(cè)VDET 信號(hào)到控制電路之間的間隔不能太長(zhǎng)，可能由于線路內(nèi)電感的寄生效應(yīng)造成信號(hào)的失真，此外，需要控制的信號(hào)會(huì)受到干擾。選擇最低的MOSFET RDSON和最小的過(guò)載輸出是控制MOSFET關(guān)斷定時(shí)的簡(jiǎn)便方法。

3. 檢測(cè)次級(jí)端同步整流器的導(dǎo)通周期

在MOSFET導(dǎo)通時(shí)，可以使用與檢測(cè)V?DS相同的方法來(lái)檢測(cè)VDET電壓。通過(guò)檢測(cè)VDS導(dǎo)通時(shí)間，并且在MOSFET導(dǎo)通后VDET處于接近0V的低電壓下，可以測(cè)量同步整流器的導(dǎo)通時(shí)間(tDETL)，在這段時(shí)間內(nèi)，DETL低于低電平(大約1~2V)。該信息用來(lái)確定同步整流器柵極針對(duì)下一個(gè)開(kāi)關(guān)周期的關(guān)斷時(shí)間。為什么能夠使用這個(gè)功能，原因是LLC拓?fù)涞母邆?cè)和低側(cè)開(kāi)關(guān)占空比是對(duì)稱(chēng)的，在穩(wěn)定狀態(tài)下，開(kāi)關(guān)頻率不會(huì)有大的變化?？刂茖?dǎo)通的定時(shí)使用了MOSFET的體二極管，MOSFET先導(dǎo)通，然后斷開(kāi)。

圖7所示為這種控制方式。在過(guò)程開(kāi)始時(shí)獲取信息作為控制MOSFET關(guān)斷的方法，這種方法使GATE較早關(guān)斷，以防止由于某些原因而造成MOSFET晚關(guān)斷。在MOSFET導(dǎo)通且受到噪聲和連線的一些干擾時(shí)，這種方式比直接檢測(cè)VDET上微小負(fù)電壓的方式更加穩(wěn)定。由于電流低至0A，tDEAD的周期(從GATE關(guān)斷的定時(shí)到IDS的定時(shí))將變長(zhǎng)，減低同步整流器的活動(dòng)性可以改善能效。

圖7. 同步整流器的VDS波形