交流/直流和隔离式直流/直流开关稳压器

2.4 同步整流的控制及其挑战（四）

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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四今天主要讲解运行在连续电流模式下同步整流的控制设计挑战以反激 CCM 模式为例同步整流控制方法采用 VDS 采样在 CCM 模式运行时同步整流芯片需要从副边到原边过渡时处理较高的 di/dt 下面我们对过渡阶段进行详细的描述在过渡前副边传递能量 di/dt 由输出电压和反射到输出的励磁电感决定当原边管子开通时 di/dt 的斜率开始变化因为副边电压仍然钳位变压器所以 di/dt 有漏感和输入电压反射到输出电压加上输出电压在过渡阶段时电压较高而漏感远远小于励磁电感如果同步整流不能在电流下降接近为零或者设定的关断门槛即使关断 di/dt 会产生比较大的反向电流如果看到这个波形其实它和我们二极管的反向恢复非常相近所以我们来看工作在 CCM 模式下的二极管的反向恢复左边这张图是二极管的反向恢复的波形可以看到它和我们上一页提到的波形非常相似当二极管电流过零时二极管并不能及时阻断电压它继续保持同样的 di/dt 一段时间然后才开始阻断电压这个特性我们称为反向恢复当工作在 CCM 模式时我们经常会选择一个具有快恢复时间的二极管这样可以最小化负电流而且选择较小的 QRR 即为反向恢复电荷因为反向恢复电荷和损耗直接相关降低 QRR 反向恢复损耗也就减小对比右面这两个不同的 MOS 管时可以看到 QRR 不同损耗差距非常明显当关断同步整流较晚时它和二极管有较长的反向恢复运行非常相似我们关断同步整流较早时不需要快速响应的比较器但是当同步整流关断时电流继续流过 MOS 管的体二极管所以尽管不需要较快的比较器仍然需要处理同步整流体二极管的反向恢复损耗另外如果我们有非常快的比较器关断同步整流就可以稍微晚一点但是不能太晚基本的原则是直通的时间比二极管反向恢复时间短所以这样可以提高反向恢复的特性前面的讨论同步整流的控制是总是基于理想的状态也就是没有考虑噪音的影响事实上我们不得不考虑同步整流如何工作在噪音的环境下在这里以反激为例这两幅图为实际的工作波形黄色通道为原边管子的开关节点电压可以看到当原边管子关断时开关节点有很多振荡这个振荡主要由漏感引起可以看到反映在同步整流管子也有比较大的振荡在 DCM 模式时当同步整流关断时变压器工作在断续振荡状态这个振荡主要由原边管子的结电容和励磁电感振荡引起可以看到同步整流的电压振荡到接近零有时会过零这个时候同步整流为了保持较好的控制不能导通为了同步整流能够处理开通和关断时的噪音我们经常需要最小的导通时间和最小的关断时间消除噪音电压的影响当同步整流开通时由于漏感能量的复位所以产生了振荡如果没有措施去屏蔽这个振荡有可能使同步整流开通后接着关断也就增加了导通损耗所以我们可以设定一段时间内阻止 MOS 管的关断这样可以延长 MOS 管的导通时间在同步整流关断后在 DCM 模式下有振荡我们同时也设定一段时间内防止 MOS 管的误开通 blanking time 时间同时也有助于同步整流控制芯片处理一些特别的波形特别是谐振变换器这是一个 LLC 的变换器副边的电流波形像一个正弦波如果我们采用 VDS 采样的方法在同步整流导通后电压降基本上是电流乘以 RDS(ON) 所以在开始和结束的时候将会有一个低的电压由于电压比较低对于变换器不能分辨出电流增加还是减小有潜在的风险使同步整流关断所以为了阻止同步整流较早的关断我们也设定一个最小的导通时间这段时间强制同步整流开通以至于当电流增加足够高时这样同步整流可以有效地关断谢谢大家