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LLCbianyaqicihuadianganqixiezhen。zhezhongdipinjishengzhendangyouqianzaidekenengshitongbuzhengliuqicuowudidaotongbingshishuchujiangnengliangchuandidaochujice，zhejiangdaozhigengduodechuandaosunhao。

 

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：由you於yu電dian容rong濾lv波bo器qi的de存cun在zai，如ru果guo兩liang個ge同tong步bu整zheng流liu器qi同tong時shi導dao通tong，則ze輸shu出chu將jiang通tong過guo變bian壓ya器qi短duan路lu，並bing且qie預yu計ji會hui發fa生sheng災zai難nan性xing故gu障zhang。防fang止zhi兩liang個ge同tong步bu整zheng流liu器qi同tong時shi導dao通tong至zhi關guan重zhong要yao，甚shen至zhi應ying該gai考kao慮lv到dao由you電dian路lu噪zao聲sheng引yin起qi的de錯cuo誤wu觸chu發fa。

 

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LLCshifouyijinrutufamoshiyunxing。zhekezengjiadaotongyanchishijian，youzhuyuyizhijishengzhendang。zaiqingfuzaitiaojianxia，weitigongewaidezaoshengyizhi
，daotongyanchiyehuizengjia。zishiyingdaotongyanchishijiandezheyixingneng，youzhuyuzaibuxishengxiaolvxingnengdeqingkuangxiayizhizaosheng。

 

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。

 

為wei了le提ti高gao可ke靠kao性xing並bing防fang止zhi兩liang個ge同tong步bu整zheng流liu器qi同tong時shi導dao通tong，將jiang互hu鎖suo邏luo輯ji應ying用yong於yu同tong步bu整zheng流liu器qi控kong製zhi的de兩liang個ge通tong道dao。在zai一yi個ge通tong道dao處chu於yu同tong步bu整zheng流liu器qi導dao通tong時shi間jian期qi間jian，同tong時shi禁jin止zhi另ling一yi個ge通tong道dao同tong步bu整zheng流liu器qi導dao通tong。即ji使shi在zai係xi統tong噪zao聲sheng的de幹gan擾rao下xia
，互hu鎖suo邏luo輯ji仍reng可ke提ti高gao運yun行xing的de可ke靠kao性xing。

 

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。

 

 

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