交流/直流和隔离式直流/直流开关稳压器

2.5 同步整流的控制及其挑战（五）

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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继续分享同步整流的控制及其挑战五今天主要讲解如何给同步整流供电以及共模噪音的考虑之前的描述我们讨论的同步整流控制方法都是在理想情况下同步整流的电压降为电流乘以 RDS(ON) 事实上由于寄生电感的影响正向电压降并不等于同步整流的电压降为电流乘以 RDS(ON) 这些寄生的电感是布线电感和封装引脚电感这里以 LLC 谐振变换器为例由于电流的斜率有正也有负红线为采样的电压即为同步整流控制器看到的电压当电流的斜率为正时可以看到同步整流器会误认为有较大的电流流过 MOS 管当电流斜率为负时可以看到同步整流控制器会误认为有较小的电流流过 MOS 管这样会导致控制器较早的关断同步整流而用体二极管导通这会增加导通损耗降低效率从这个分析可以得出我们必须优化 Layout 来减小布线的寄生电感而且需要选择较小寄生引脚电感封装的 MOS 管例如采用表贴的封装代替 TO-220 封装为了继续提高同步整流的特性采用了成比例的驱动这种方法是通过减小同步整流的驱动电压来提升同步整流特性的以下面这个波形为例在 MOS 管导通后正向压降和电流成比例一旦电流变小时导通损耗也变小我们可以通过减小驱动电压牺牲一些导通损耗来提高同步整流的特性控制芯片可以调制正向压降在一个较低的电压水平这个固定的电压值使同步整流管就变成了一个低正向电压的二极管这个时候同步整流的驱动电压变低非常接近门槛电压这样就可以非常快的关断同步整流管而没有延时所以这种方法帮助加速关断使同步整流安全的运行在 CCM 模式下此外比较 VDS 采样关断门槛值这种方法有较高的正向压降也帮助掩盖由于寄生电感导致的采样不准确最大化同步整流的导通时间最小化导通损耗在电源设计中除了需要考虑损耗同时也要关心 EMI 噪音这幅图中显示了反激拓扑共模噪音不管用二极管整流还是同步整流都会碰到同样的问题以二极管整流为例所以红色的箭头代表共模电流噪音如果放二极管在高边当原边的开关节点电压从低跳到高时会在 C2 和 C3 上产生从原边到副边的共模电流而副边的开关节点电压也从低跳变到高会在 C1 上产生从副边到原边的共模电流所以这三个电流彼此之间可以对消帮助减少共模电流现在我们把二极管放在低边稍后我们会讨论把同步整流放在低边主要是从驱动和供电两点来考虑的当二极管在低边时这种共模电流对消的特性消失了我们可以看到当原边的开关节点电压从低跳变到高时会在 C3 上产生从原边到副边的共模电流而对于 C2 由于原边电压变高而副边电压变低会在 C2 上产生从原边到副边较大的共模电流而对于 C1 两端的电压保持不变没有共模电流流过 C1 所以比较二极管放在高边没有共模电流的对消这种配置会产生较大的共模电流所以在这种配置下我们可能需要花更多的时间来处理共模噪音尽管这种配置有较差的共模噪音但是它的确帮助采用同步整流例如当驱动低边的 MOS 管时由于控制器和输出共地可以简单的用输出来给同步整流 IC 供电同步整流芯片的地是一个稳定的电平不太容易受干扰当输出电压较高时可以采用辅助绕组来给同整流芯片供电减小损耗或者对于一些像 USB PD 的应用由于输出电压变化范围比较宽同步整流芯片需要能在这么宽的范围内工作谢谢大家