【導(dǎo)讀】在電源設(shè)計(jì)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(dǎo)通損耗，實(shí)現(xiàn)更高的系統(tǒng)能效。
然而，傳統(tǒng)的同步整流在用于LLC諧振轉(zhuǎn)換器時(shí)，會(huì)有不少的技術(shù)挑戰(zhàn)，如：
● 由于雜散電感造成同步整流過早的關(guān)斷，導(dǎo)通損耗增加
● 由于不同工作頻率造成最小導(dǎo)通時(shí)間設(shè)置的困難
● 輕載條件下由于電容電流尖峰導(dǎo)致同步整流電流反向，最終對系統(tǒng)產(chǎn)生不良影響
安森美新推出的雙通道同步整流控制器NCP4318，完美地解決上述問題的挑戰(zhàn)，較前代FAN6248更進(jìn)一步優(yōu)化性能，適用于高能效服務(wù)器電源、網(wǎng)絡(luò)和電信電源、液晶電視及顯示器電源、高功率密度適配器、游戲機(jī)等的LLC諧振電源轉(zhuǎn)換器之應(yīng)用。
1 傳統(tǒng)的同步整流用于LLC諧振轉(zhuǎn)換器的技術(shù)挑戰(zhàn)
同步整流控制器按關(guān)斷方式分類有瞬時(shí)漏極電壓類型、預(yù)測類型、漏極電壓調(diào)節(jié)類型、含死區(qū)調(diào)節(jié)的混合控制類型。
傳統(tǒng)的同步整流控制大多采用瞬時(shí)漏極電壓類型，這種類型在負(fù)載瞬態(tài)期間安全運(yùn)行。但雜散電感會(huì)產(chǎn)生正偏移VLS 導(dǎo)致同步整流過早的關(guān)斷，固定的關(guān)斷臨界值電壓導(dǎo)致本體二極管導(dǎo)通時(shí)間較長，增加導(dǎo)通損耗，能效降低。因此，需要自動(dòng)調(diào)節(jié)的關(guān)斷臨界值電壓以維持較小的死區(qū)時(shí)間。
預(yù)測類型同步整流無需精確的漏極電壓檢測，因而不受雜散電感影響，在雜散電感較大的系統(tǒng)中提供更高能效。但輸出負(fù)載的瞬間變小時(shí)會(huì)導(dǎo)致在LLC諧振轉(zhuǎn)換器中的頻率瞬間增加，一旦關(guān)斷延遲，就會(huì)產(chǎn)生反向電流和漏極電壓突波。
漏極電壓調(diào)節(jié)類型，當(dāng)同步整流電流減小時(shí)將會(huì)自動(dòng)調(diào)整Vgs 來增加導(dǎo)通電阻RDS_ON以維持Vds 在關(guān)斷臨界值，雖然比由雜散電感導(dǎo)致的過早關(guān)斷要好，但較低的VGS導(dǎo)致產(chǎn)生更高的導(dǎo)通損耗。
混合控制類型解決上述挑戰(zhàn)，但在輕載條件下，由于較低的漏極斜坡使死區(qū)時(shí)間變化較大，可能引起系統(tǒng)不穩(wěn)定，可采用遲滯帶死區(qū)時(shí)間調(diào)節(jié)控制解決這問題。當(dāng)初級(jí)側(cè) LLC 控制器 VDD 關(guān)斷和交流電關(guān)斷時(shí)，最小導(dǎo)通時(shí)間功能防止快速關(guān)斷，但會(huì)產(chǎn)生負(fù)電流和巨大的 VDS 尖峰，因此需要有精密的保護(hù)功能如初級(jí)側(cè)關(guān)斷、同步整流反向電流檢測、漏極異常檢測。
NCP4318使用瞬時(shí)漏極電壓和前一周期的死區(qū)時(shí)間信息，用于LLC諧振實(shí)現(xiàn)更高能效，外部元器件極少。自適應(yīng)死區(qū)時(shí)間控制可以抵補(bǔ)寄生電感電壓，以最大化同步整流 MOSFET 能效。多階段關(guān)斷臨界值控制和同步整流電流反向檢測功能可防止快速負(fù)載瞬變期間的反向電流，并使同步整流在整個(gè)負(fù)載范圍內(nèi)穩(wěn)定運(yùn)行。
2 NCP4318的關(guān)鍵特性
NCP4318采用混合模式同步整流關(guān)斷控制，具有反向電流保護(hù)特性，確保可靠的同步整流，每個(gè)同步整流 MOSFET都有專用的200 V額定漏極檢測和專用源極檢測引腳，遲滯帶死區(qū)時(shí)間調(diào)節(jié)控制有助于最小化本體二極管導(dǎo)通時(shí)間和最大化能效。輕載時(shí)當(dāng)電容電流足以預(yù)先導(dǎo)通MOSFET時(shí)，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(dǎo)通延遲，可避免這樣的運(yùn)行模式，提供安全、穩(wěn)定和高效的工作，避免漏極電壓突波。
NCP4318有一個(gè)自調(diào)節(jié)最小導(dǎo)通時(shí)間電路，以更好地抗噪。同步整流1~3階式門(閘)極導(dǎo)通電壓與軟啟動(dòng)脈沖數(shù)控制。它可根據(jù)負(fù)載條件、工作頻率和溫度自調(diào)節(jié)門電壓控制 (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(hù)功能如初級(jí)端關(guān)斷、漏極檢測異常保護(hù)等實(shí)現(xiàn)更高的可靠性。節(jié)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(dòng)確保穩(wěn)定的啟動(dòng)。具有30 ns的極快導(dǎo)通和關(guān)斷延遲時(shí)間，強(qiáng)大的電流能力，源電流/灌電流為1.5 A/4.5 A。寬工作電壓范圍6.5 V至35 V。工作頻率范圍22 kHz到500 kHz。
圖1所示為NCP4318的典型應(yīng)用電路，在初級(jí)端有一個(gè)LLC控制器。在次級(jí)端，配置非常簡單，包含一個(gè)NCP4318控制器和2個(gè)外置電阻，在噪聲嚴(yán)重的系統(tǒng)中可能需要再添加2個(gè)電容。因此，NCP4318是個(gè)高度集成的控制器，需要最少的外部元件。
圖1：NCP4318的典型應(yīng)用電路
3 NCP4318的3個(gè)版本
4 能效測試
我們對NCP4318和競爭對手的同類器件進(jìn)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(shí)約97%。
圖2：NCP4318提供高能效
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