LLC諧振電路--同步整流技術(shù)圖文-KIA MOS管

同步整流是一種提高DC/DC變換效率的技術(shù)，尤其是在低電壓、大電流的應(yīng)用場合，其效果更為顯著。同步整流技術(shù)是通過采用導(dǎo)通電阻較小的MOS管代替DC/DC變換器中的整流二極管，從而提高效率。

就像在通信電源領(lǐng)域，以一款24V/50A輸出，功率為1200W的通信電源為例，假設(shè)變換器采用的是全波整流電路。

整流二極管采用的是肖特基二極管，其正向?qū)▔航凳?.3V，正常工作時每個肖特基二極管導(dǎo)通損耗為15W，總計是30W，占據(jù)了總功率的2.5%，會嚴重影響變換器的效率。

假設(shè)采用的是同步整流技術(shù)，選取合適的MOS管代替肖特基二極管，例如MOS管IPB014N06NATMA1,其漏源級擊穿電壓為60V，連續(xù)漏極電流為180A，導(dǎo)通電阻僅為1.2mΩ，變換器正常工作時，每個該MOS管導(dǎo)通損耗為3W，總計為6W,占據(jù)了總功率的0.5%，可以看出采用同步整流大大降低了損耗，提高了變換器的效率。

同步整流技術(shù)對于提高DC/DC變換器的效率的作用毋庸置疑，但是由于其整流管采用MOS管替代二極管，因此電路設(shè)計時還需要設(shè)計MOS管的驅(qū)動電路，增加了電路的復(fù)雜度。同時，同步整流采用的MOS管價格成本往往都要高于二極管，因此在設(shè)計DC/DC變換器是應(yīng)綜合考慮效率和成本的問題。

驅(qū)動信號要求

為了保證DC/DC變換器同步整流正常有效的工作，設(shè)計時對于MOS管驅(qū)動電路產(chǎn)生的驅(qū)動信號具有一定的要求。

以全波整流電路為例，采用同步整流技術(shù)，兩個MOS管的驅(qū)動信號為互補信號，同時為了防止兩個MOS管同時導(dǎo)通，造成變壓器副邊短路的情況，通常需要設(shè)置一定的死區(qū)時間。

而驅(qū)動信號的死區(qū)時間不宜過長，死區(qū)過長將導(dǎo)致電流流過兩個MOS管的體二極管的時間過長，導(dǎo)通損耗增大，影響同步整流的效果。

綜上所述，最為理想同步整流工作狀態(tài)是所有的電流均流過MOS管的溝道，而非其體二極管，然而考慮到實際電路的一些情況，比如計生參數(shù)以及環(huán)境因素等影響，對設(shè)計理想的同步整流驅(qū)動信號增加了一定的難度。

驅(qū)動方式分類

不同的DC/DC變換器電路的拓補，其同步整流驅(qū)動方式也有所不同，主要驅(qū)動方式分為外驅(qū)動和內(nèi)驅(qū)動兩種，其中，外驅(qū)動可分為傳統(tǒng)型驅(qū)動和檢測漏源極電壓型驅(qū)動，內(nèi)驅(qū)動可分為電壓型驅(qū)動、電流型驅(qū)動以及混合型驅(qū)動。

傳統(tǒng)型外驅(qū)動通常使用原邊逆變橋的驅(qū)動控制芯片產(chǎn)生同步整流管的驅(qū)動信號，理想情況下原副邊MOS管驅(qū)動信號時序一致，同時由于LLC諧振變換器原副邊存在變壓器，因此SR的驅(qū)動信號需要通過隔離電路與原邊進行隔離，

如圖所示，當LLC諧振變換器工作在變壓器副邊電流連續(xù)或者臨界連續(xù)的狀態(tài)時，原邊逆變橋驅(qū)動控制芯片產(chǎn)生的驅(qū)動信號與副邊電流同步，符合同步整流驅(qū)動的要求；當LLC諧振變換器工作在變壓器副邊電流斷續(xù)的狀態(tài)時，副邊電流一旦下降到零。

由于原邊變橋驅(qū)動控制芯片驅(qū)動信號依然存在，導(dǎo)致副邊SR依然導(dǎo)通，因此在電流斷續(xù)的這段時間，能量將從副邊回流到原邊，最終導(dǎo)致變換器損耗增加，增益下降。

根據(jù)上述分析可以得出，傳統(tǒng)型外驅(qū)動適用于LLC諧振變換器變壓器副邊電流連續(xù)或者臨界連續(xù)的工作狀態(tài)，并且存在增益受限、副邊SR無法實現(xiàn)零電流關(guān)斷軟開關(guān)等問題。

檢測漏源極電壓型驅(qū)動主要是采用相關(guān)集成電路芯片搭建的電路，提供SR驅(qū)動信號。目前市場上同步整流IC芯片數(shù)量很多，例如STM公司的SRK2000、ON公司的FAN6208、INFINEON公司的IR11682等。

其中，大多數(shù)芯片都是撿測SR漏源極電壓的方式來提供驅(qū)動信號，以STM公司的SRK2000為例，介紹檢測漏源極電壓型驅(qū)動的工作原理。

SRK2000采用SO-8封裝，其引腳數(shù)量少，結(jié)構(gòu)簡單，如圖所示，DVS1和DVS2為檢測ＳＲ漏源極電壓的引腳，GD1和GD2為驅(qū)動SR的引腳。圖為SRK2000工作波形圖，上圖為SR漏源極電壓波形，下圖為SR門極驅(qū)動電壓波形。

SR漏源極電壓波形所示，圖中的兩個電壓值，即Ｖｔｈ－ｏｎ和Ｖｔｈ－ｏｆｆ均為ＤＶＳ１和ＤＶＳ２檢測判斷閾值。其中，體二極管開始導(dǎo)通的標志，一般為－０．７Ｖ，—旦檢測到該值，應(yīng)立即輸出驅(qū)動信號，開通ＳＲ；

Ｖｔｈ＿〇ｆｆ是ＳＲ關(guān)斷的標志，可以設(shè)在－２５ｍＶ到－１２ｍＶ之間，一旦檢測到該值，說明此時需要關(guān)斷ＳＲ，從而達到理想的同步整流效果。

在實際應(yīng)用時，由于ＶＴＨ＿〇ＦＦ閾值電壓很小，電路中又存在寄生參數(shù)的影響，導(dǎo)致ＤＶＳ１、ＤＶＳ２引腳檢測ＳＲ漏源極電壓有偏差，因此可能會發(fā)生ＳＲ誤關(guān)斷的情況，影響同步整流的效果。

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