交流/直流和隔离式直流/直流开关稳压器

2.2 同步整流的控制及其挑战（二）

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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中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中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是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的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当电流流经二极管时 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当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 采样是当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以 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过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