用於LLC諧振轉換器的同步整流器

 

使用二極管整流器時
，如圖1所示
，全部輸出電流流過輸出二極管。對於低電壓或高輸出電流應用，這些二極管整流器中存在顯著的效率損失和熱應力。

 

圖1.帶二極管整流器的LLC轉換器

 

如果二極管用固定的正向電壓降VF建模，則可以基於等式1估計每個整流二極管的損耗。

，采取這樣的方式計算，對於具有0.5V正向壓降的12V，10A輸出設計來說，每個二極管產生2.5W的損耗，這意味著總效率損失約為4%。

 

 

使用如圖2所示的同步整流器（SR），MOSFET上的電壓降可能遠低於典型的二極管正向電壓。

 

對於相同的設計，如果用MOSFET替換整流二極管，並通過適當的控製
，可以使用公式2計算傳導損耗，次級側電流形狀與圖3所示的正弦曲線類似。使用4 mΩ RDSon

，每個整流器損耗可降至0.247 W
，相當於總效率損失0.4%。

 

圖2.帶同步整流器的LLC轉換器

 

 

圖3.LLC次級側電流

 

LLC同步整流器控製的設計挑戰

 

可以通過監測其漏極-源極電壓（VDS）來(lai)控(kong)製(zhi)同(tong)步(bu)整(zheng)流(liu)器(qi)。在(zai)同(tong)步(bu)整(zheng)流(liu)器(qi)導(dao)通(tong)之(zhi)前(qian)
，電(dian)流(liu)流(liu)過(guo)其(qi)體(ti)二(er)極(ji)管(guan)。體(ti)二(er)極(ji)管(guan)正(zheng)向(xiang)電(dian)壓(ya)降(jiang)可(ke)用(yong)於(yu)觸(chu)發(fa)同(tong)步(bu)整(zheng)流(liu)器(qi)導(dao)通(tong)。在(zai)同(tong)步(bu)整(zheng)流(liu)器(qi)導(dao)通(tong)後(hou)
，其(qi)導(dao)通(tong)電(dian)阻(zu)變(bian)為(wei)電(dian)流(liu)檢(jian)測(ce)電(dian)阻(zu)，VDS可用於在電流反轉之前檢測電流以關斷同步整流器。盡管控製方法非常簡單
，但LLC諧振轉換器同步整流器控製仍存在一些設計挑戰。

 

同步整流器關斷時間：LLC同步整流器控製的最大挑戰是在正確的時間關斷同步整流器。與反激式轉換器不同，LLC同步整流器通常承載更高的電流並具有更高的di/dt。如圖4所示

，檢測電壓VSENSE用於同步整流器控製。 

 

它包括RDSon壓降（VSR）和由di/dt引起的封裝電感（LD，LS）上的偏移電壓。對於高di/dt和封裝電感，該偏移電壓可能很大並且同步整流器經常過早關斷
，這導致較長的體二極管導通時間和較大的傳導損耗。 

 

圖4.同步整流器控製器檢測到的電壓

 

突發模式運行：與LLC轉換器中使用的同步整流器相關的另一個挑戰是突發模式運行。在突發模式期間，兩個初級側開關都將關斷。開關節點電容器與LLC變bian壓ya器qi磁ci化hua電dian感gan器qi諧xie振zhen。這zhe種zhong低di頻pin寄ji生sheng振zhen蕩dang有you潛qian在zai的de可ke能neng使shi同tong步bu整zheng流liu器qi錯cuo誤wu地di導dao通tong並bing使shi輸shu出chu將jiang能neng量liang傳chuan遞di到dao初chu級ji側ce，這zhe將jiang導dao致zhi更geng多duo的de傳chuan導dao損sun耗hao。

 

低待機功率：即ji使shi同tong步bu整zheng流liu器qi節jie省sheng了le傳chuan導dao損sun耗hao，由you於yu控kong製zhi電dian路lu和he柵zha極ji驅qu動dong器qi損sun耗hao

，它ta們men也ye會hui給gei係xi統tong增zeng加jia額e外wai的de損sun耗hao。由you於yu節jie省sheng了le大da量liang傳chuan導dao損sun耗hao
，因yin此ci在zai較jiao重zhong負fu載zai下xia這zhe種zhong額e外wai損sun耗hao微wei不bu足zu道dao。但dan是shi
，在zai空kong載zai條tiao件jian下xia，將jiangSR控製器置於待機模式並使用SR體二極管進行整流，可以高效地禁用SR控製器。

 

可靠性問題：youyudianronglvboqidecunzai
，ruguolianggetongbuzhengliuqitongshidaotong，zeshuchujiangtongguobianyaqiduanlu，bingqieyujihuifashengzainanxingguzhang。fangzhilianggetongbuzhengliuqitongshidaotongzhiguanzhongyao，shenzhiyinggaikaolvdaoyoudianluzaoshengyinqidecuowuchufa。

 

用於LLC轉換器的UCC24624同步整流器控製器

 

為了實現更好的LLC諧振轉換器效率，可引入UCC24624雙同步整流器控製器與LLC控製器（如UCC25360係列）一起使用。

UCC24624實現了同步整流器控製的VDS檢測，以及針對LLC同步整流器控製挑戰的各種功能

，使其成為實現高效LLC設計的理想解決方案。

 

為解決同步整流器提前關斷的挑戰
，UCC24624實現了比例柵極驅動，以及可調節的+ 10.5 mV關斷閾值。比例柵極驅動在電流下降沿降低同步整流器柵極電壓。降低的柵極驅動電壓會增加同步整流器MOSFET RDSon，從而導致同步整流器上的壓降更高。這種增加的壓降超過了封裝電感引起的偏移電壓。加上正關斷閾值，UCC24624可將體二極管導通時間降至最低。為了使具有更高寄生電感的封裝（例如TO-220）更好地工作，通過使用從VSS引腳到同步整流器MOSFET源極引腳的外部偏移電阻

，UCC24624可讓設計人員進一步提高其關斷閾值。這使得控製器更少受到MOSFET封裝的影響。

 

圖5.用於LLC轉換器的UCC24624雙同步整流器控製器

 

為了改善突發模式運行
，除了傳統的停機消隱的方式外，UCC24624haicaiyongzishiyingdaotongyanchishijian。zaizhengchangyunxingqijian

，daotongyanchibaochihenduan，congersuoduantierjiguandaotongshijianbingtigaoxiaolv。zaitufamoshiyunxingqijian，tongbuzhengliuqiyunxingconghubufangshibianweiwuzhuanhuanfangshi。UCC24624可通過這一指示檢測LLC是shi否fou已yi進jin入ru突tu發fa模mo式shi運yun行xing。這zhe可ke增zeng加jia導dao通tong延yan遲chi時shi間jian
，有you助zhu於yu抑yi製zhi寄ji生sheng振zhen蕩dang。在zai輕qing負fu載zai條tiao件jian下xia
，為wei提ti供gong額e外wai的de噪zao聲sheng抑yi製zhi，導dao通tong延yan遲chi也ye會hui增zeng加jia。自zi適shi應ying導dao通tong延yan遲chi時shi間jian的de這zhe一yi性xing能neng，有you助zhu於yu在zai不bu犧xi牲sheng效xiao率lv性xing能neng的de情qing況kuang下xia抑yi製zhi噪zao聲sheng。

 

UCC24624還具有內置的自動待機模式檢測電路
，而無需使用外部元件。對於空載時的LLC轉換器，轉換器以突發模式運行以調節輸出電壓。每個開關周期中的LLC同步整流器導通時間仍然很長，而轉換器的平均開關頻率非常低。UCC24624根據轉換器平均開關頻率檢測輕載條件。它可使控製器在空載時進入待機模式，有助於實現低待機功耗。

 

weiletigaokekaoxingbingfangzhilianggetongbuzhengliuqitongshidaotong，jianghusuoluojiyingyongyutongbuzhengliuqikongzhidelianggetongdao。zaiyigetongdaochuyutongbuzhengliuqidaotongshijianqijian，tongshijinzhilingyigetongdaotongbuzhengliuqidaotong。jishizaixitongzaoshengdeganraoxia，husuoluojirengketigaoyunxingdekekaoxing。

 

總結

 

憑借所有內置智能以及TI UCC25630係列LLC控製器，UCC24624為LLC轉換器設計中的同步整流器控製提供了高效、經濟的解決方案。

 

 

推薦閱讀：