2.2 同步整流的控制及其挑战(2)

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大家好 我是德州仪器的系统工程师 David 今天非常高兴和大家一块分享 同步整流的控制及其挑战 下面我们继续讲解 同步整流的控制方法 自驱 基于漏源电压的控制 基于伏秒平衡的控制 以及自适应的控制 在有些拓扑 同步整流的控制非常简单 不需要专门的控制芯片 例如同步降压线路 和有源钳位正激拓扑 在同步 BUCK 中 我们利用 MOS 管代替续流的二极管 两个开关管的驱动信号 工作在互补的方式 只需要控制两个互补信号的死区时间 而对于有源钳位正激拓扑 可以采用简单的自驱的方式 来实现副边的同步整流 因为当原边的下管开通时 根据变压器的极性 可以得出在副边上端为正 下端为负 这样整流管就可以打开 而续流管就可以关断 所以在有源钳位正激拓扑 实现同步整流也比较简单 但是这种自驱的方式也有一些限制 副边的电感工作在 CCM 模式 会有比较大的轻载损耗 对于像另外一些拓扑 反激 有源钳位反激 LLC 拓扑 由于它们工作原理的复杂性 所以需要专门的同步整流芯片 下面我们接着讲解 同步整流的控制方法 VDS 采样是比较基本的同步整流控制方法 它的运行原理 通过监控同步整流管的 压降来获得电流的方向以及大小 进而来控制同步整流管的开通和关断 首先看一个反激电流波形 电流基本上是一个三角波 定义电流方向 从漏极流入源极流出 可以看到电流始终为负值 如果同步整流没有驱动信号 MOS 管一直关断 电流通过体二极管也可以正常工作 但是导通损耗会比较大 电流流经二极管时 MOS 管的 VDS 电压 即为负的二极管的正向压降值 所以如果这个正向二极管的电压 可以采样以及和一个导通门槛值比较 就可以在当体二极管导通后 开通 MOS 管 在 MOS 管开通后 它的电压降即为 RDS(ON) 的压降 所以我们可以利用 MOS 管的 RDS(ON) 作为采样电阻来获得电流的方向以及大小 电流接近为零时 可以设定关断的门槛值 VTH-OFF 一旦采样倒 VDS 到达关断门槛值 我们可以采用这个信号 来关断同步整流 所以 MOS 管的控制 和二极管工作方式非常同步 这种方法比较简单 适用于很多拓扑 尽管如此 这种控制方法中 比较器是一个比较大的挑战 首先比较器需要能处理 MOS 管的电压应力 有时会达到 100V 另外关断的门槛值大约为几个毫伏 所以对比较器的要求比较高 既能处理几个毫伏的电压 也能承受一百伏的电压应力 而且响应速度要非常快 为了避免采样几个毫伏的电压 伏秒平衡的控制方法提出 VDS 采样 采样到电压降到几个毫伏 来关断同步整流 伏秒平衡控制方法 是基于伏秒平衡来关断同步整流 DCM 反激为例 当原边管子导通时 原边电流线性增加 也就是正的伏秒 当副边导通时电流线性下降 代表负的伏秒 所以如果能测量到正的伏秒和负的伏秒 以及能检测到电流零点 也就能及时的关断同步整流 这种方法不用去采样几个毫伏的电压 所以对噪音没有太大敏感 尽管如此 这种控制方法也有一些本身的限制 首先伏秒平衡只能保证在 DCM 模式下 当工作在 CCM 模式 即使在稳态时伏秒平衡 但是在做动态跳变时 伏秒并不平衡 所以这种控制方法不能应用在 CCM 模式 而且像 LLC 有源钳位反激拓扑 伏秒并不平衡 同样也不能应用在这种场合 另外一种同步整流控制方法是 最小化体二极管导通时间的 自适应的同步整流控制 像之前我们讨论的 VDS 采样原理 当检测到体二极管导通后 经过一个短的时间的延时 然后去开通同步整流管 在 MOS 管关断前 用一个比较小的门槛电压去关断 但是总是以二极管的导通结束 UCD7138 是一个同步整流的驱动芯片 这个芯片可以把二极管导通的时间 反馈给数字控制器 UCD3138 UCD3138 可以精密的调节 同步整流的时间 提前一点开通和延时关断 来最小化体二极管的导通时间 经过几个周期的调整 体二极管导通的时间可以获得最小化 同步整流可以达到最优化 尽管这种方式可以达到最小的导通损耗 但是它需要复杂的控制和精密的调节 而且必须对动态做特殊处理 当同步整流的导通时间 随着周期变化比较大时 需要去避免原边管子 和副边管子同时导通的风险 谢谢大家
课程介绍 共计6课时,32分0秒

2018 PSDS 研讨会系列 - (2) 同步整流的控制及其挑战

同步整流 2018 PSDS 研讨会系列

从2元和3元谐振拓扑基础开始,本课程将介绍谐振拓扑的关键特性,分析方法,控制挑战和设计考虑事项。 三个设计实例展示了具有高开关频率(〜1 MHz)或宽输出电压调节范围(2至1个输出电压调节水平)的谐振拓扑性能。 本次会议还介绍了一种新型谐振拓扑结构CLL谐振转换器,与传统的LLC串联谐振转换器相比具有尺寸和效率的优势。 最后,本课程为如何为各种应用选择最佳谐振拓扑提供指导。
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