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          隔離開關(guān)電源同步整流器數(shù)字控制與驅(qū)動技術(shù)介紹

          作者: 時(shí)間:2012-09-05 來源:網(wǎng)絡(luò) 收藏

          摘要:敘述了在SMPS拓?fù)渲心?a class="contentlabel" href="http://www.ex-cimer.com/news/listbylabel/label/數(shù)字">數(shù)字尤其是能適當(dāng)關(guān)斷作為使用的一只或兩只MOSFET的一種方法,同時(shí)了推薦的基本電路履行及智能器STSRx系列ICs。關(guān)鍵詞:;STSRx系列智能

          本文引用地址:http://www.ex-cimer.com/article/159940.htm

          1引言

          在主PWM器位于初級側(cè)的低DC輸出電壓(SMPS)中,通常采用專門設(shè)計(jì)的MOSFET作為(SR)。作為SR使用的MOSFET具有非常小的導(dǎo)通損耗,有助于提高系統(tǒng)效率。

          在初級側(cè)控制的SMPS拓?fù)渲校捎谠诟綦x變壓器次級側(cè)沒有PWM控制信號,故欲產(chǎn)生適當(dāng)?shù)腟R控制信號顯得比較困難。但是,可以從變壓器次級輸出獲得有關(guān)數(shù)據(jù)。由于電路寄生元件的存在,信號在從隔離變壓器輸出分離(withdrawn)時(shí),相對于初級PWM信號會發(fā)生延遲,并且在不連續(xù)導(dǎo)通模式(DCM)狀態(tài)會出現(xiàn)振蕩。因此,為SR提供驅(qū)動的控制電路必須能避免發(fā)生錯(cuò)誤的操作。

          在初級側(cè)控制的隔離拓?fù)渲?,為?qū)動SR需要適當(dāng)?shù)目刂齐娐罚蕴幚硗綍r(shí)鐘信號(clock)從隔離變壓器的輸出移開,解決驅(qū)動信號相對于時(shí)鐘輸入的定時(shí)等問題。若對SR控制不當(dāng),在兩個(gè)器件之間會發(fā)生“跨越導(dǎo)通”(crossconduction)。同時(shí),在隔離拓?fù)涞拇渭売捎谙鄬τ诔跫壷鏖_關(guān)(MOSFET)驅(qū)動信號的延遲,會在相關(guān)元件之間形成短路,發(fā)生“貫通”(shootthrough)現(xiàn)象。產(chǎn)生貫通的機(jī)理,具體取決于變換器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。

          2同步整流器的控制方法

          在用作產(chǎn)生SR驅(qū)動信號的方案中,首推數(shù)字控制方法。

          21系統(tǒng)基本結(jié)構(gòu)

          SR數(shù)字控制系統(tǒng)一般由振蕩器(OSC)、限定狀態(tài)機(jī)構(gòu)(FiniteStatesMachine,簡寫FSM)、兩個(gè)耦合的向上/向下(UP/DOWN)計(jì)數(shù)器和兩個(gè)控制輸出邏輯等單元電路所組成,系統(tǒng)框圖如圖1所示。

          控制電路有3個(gè)輸入和2個(gè)輸出。其中,2個(gè)輸出為隔離變換器次級2只MOSFETs提供互補(bǔ)驅(qū)動信號,3個(gè)輸入包括1個(gè)時(shí)鐘信號和2個(gè)輸出的期望(anticipation)時(shí)間設(shè)定。不論是接通還是關(guān)斷,2個(gè)輸出OUT1和OUT2沒有任何交迭。開關(guān)頻率為fs的方波信號出現(xiàn)在時(shí)鐘輸入端,期望的定時(shí)通過外部有關(guān)


          圖1同步整流器數(shù)字控制器組成方框圖


          圖2OUT2預(yù)期時(shí)間產(chǎn)生波形


          圖4在TS1>TS2時(shí)OUT2及相關(guān)波形


          圖3OUT1預(yù)期時(shí)間產(chǎn)生波形


          輸入設(shè)定。2個(gè)計(jì)數(shù)器工作方式及作用不同:DOWN計(jì)數(shù)器用于處理輸出截止,UP計(jì)數(shù)器連續(xù)獲取OUT2開關(guān)周期期間或OUT1接通時(shí)間內(nèi)的有關(guān)數(shù)據(jù)??刂葡到y(tǒng)根據(jù)前面周期內(nèi)存儲的有關(guān)信息,在開關(guān)周期截止期內(nèi)的輸出被預(yù)先處理。采用這種控制方法,開關(guān)周期和接通時(shí)間(tON)被逐周連續(xù)監(jiān)測。

          22穩(wěn)定條件

          在穩(wěn)態(tài)條件(固定頻率和固定占空比)下,兩個(gè)開關(guān)周期中與輸出OUT2相關(guān)的波形如圖2所示。

          在第1個(gè)開關(guān)周期(TS1)內(nèi),在時(shí)鐘輸入的上升沿上,兩個(gè)(UP/DOWN)計(jì)數(shù)器中第1個(gè)開始計(jì)算內(nèi)部時(shí)鐘(CK)脈沖。在接下來的一個(gè)時(shí)鐘輸入的上升沿(TS1結(jié)束)上,計(jì)數(shù)器停止計(jì)算。計(jì)算過的脈沖數(shù)目(n2)把開關(guān)周期的持續(xù)時(shí)間考慮在內(nèi)。所存儲的數(shù)據(jù),在下一個(gè)開關(guān)周期中被利用。

          在第2個(gè)開關(guān)周期中,在內(nèi)部時(shí)鐘輸入的上升沿上,第1個(gè)計(jì)數(shù)器由大到小計(jì)算(countsDOWN)內(nèi)部時(shí)鐘脈沖,并且在計(jì)算到(n2-x2)個(gè)脈沖時(shí)終止。第2個(gè)計(jì)數(shù)器計(jì)算新的尚未計(jì)算的內(nèi)部時(shí)鐘脈沖,并適時(shí)修正開關(guān)周期(TS)期間的有關(guān)數(shù)據(jù)。OUT2超前截止總量為X2·TI(TI為內(nèi)部時(shí)鐘脈沖周期),并通過OUT2預(yù)期時(shí)間輸入設(shè)定。計(jì)數(shù)器UP或DOWN在每個(gè)周期內(nèi)的功能,相對于先前周期被交換。

          為預(yù)期關(guān)斷OUT1,另外兩個(gè)UP/DOWN計(jì)數(shù)器將考慮計(jì)及接通時(shí)間(tON)期間的有關(guān)數(shù)據(jù),相關(guān)波形如圖3所示。

          在第1個(gè)開關(guān)周期內(nèi),第1個(gè)計(jì)數(shù)器在時(shí)鐘輸入上升沿上開始計(jì)數(shù),并且在時(shí)鐘輸入下降沿上停止。其間計(jì)算的脈沖數(shù)量為n1,只計(jì)及tON時(shí)間之內(nèi)的脈沖數(shù)。

          在第2個(gè)開關(guān)周期內(nèi),第1個(gè)計(jì)數(shù)器遞減計(jì)數(shù),在計(jì)算到n1-x1時(shí)停止。關(guān)斷OUT1的超前時(shí)間總計(jì)為x1·Ti,并由OUT1預(yù)期時(shí)間輸入設(shè)定。第2個(gè)計(jì)數(shù)器向上(由小到大)計(jì)算時(shí)鐘輸入上升沿與下降沿之間的脈沖數(shù)目。


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