反激變換器副邊同步整流控制器STSR3應(yīng)用電路詳解

通過增設(shè)一只NPN晶體管接在腳CK與腳SGLGND之間，如圖9所示，用一只二極管和拉住電阻器去同步STSR3的關(guān)斷電路，用Q1和R2接法來等效于電阻分壓器電路，可以容易地關(guān)斷STSR3。當(dāng)圖9中信號“OFF”為高電平時，該三極管導(dǎo)通，迫使腳CK降到地電平。在這種條件下，OUT_GATE腳將變?yōu)榈碗娖綘顟B(tài)，從而關(guān)斷同步MOSFET開關(guān)管。

圖9 芯片增設(shè)的外部關(guān)閉電路

2.4 非連續(xù)導(dǎo)通模式

正如前面圖5所示，在非連續(xù)模式工作狀態(tài)下，當(dāng)檢測原邊開關(guān)轉(zhuǎn)換信號時，可能會存在一些問題。芯片內(nèi)部的峰值檢波器，只能確定腳CK達(dá)到的峰值，而忽略其他所有較低值的信號。查看圖5可知，應(yīng)確保開關(guān)轉(zhuǎn)換波形與正弦波之間最小的電壓差為V₁=400mV時，也能讓峰值檢波器正常地工作。正像前面的敘述中提到的，如果輸入電壓可變范圍大于1：2，那么就必須增加二極管D₁，來箝位腳CK上的電壓。在這種條件下，無論是開關(guān)轉(zhuǎn)換波形，還是正弦波形都被箝位，使峰值檢波器不能正確工作，則易產(chǎn)生如圖10所示STSR3錯誤觸發(fā)時的驅(qū)動脈沖波形。這時若采用一個如圖11中所示的外部峰值檢波器電路，就能解決問題，使芯片在連續(xù)或非連續(xù)模式下均能正確工作。

(a) 峰值檢波器輸入

(b) 峰值檢波器輸出

圖10 錯誤箝位的異常驅(qū)動輸出

圖11 外部加設(shè)的峰值檢波器電路

2.5 外部峰值檢測器

當(dāng)輸入電壓可變范圍高于1：2時，可用圖11外峰值鐘檢測器，取代前面圖7中電路，以保證STSR3在非連續(xù)或連續(xù)導(dǎo)通模式下均正確工作，它向腳CK供純凈的矩形波。

R₂₀是一只拉住電阻器，當(dāng)同步整流MOSFET導(dǎo)通或者它的體二極管導(dǎo)通時，圖11中V₁電壓值是低電平。當(dāng)MOSFET截止時（對應(yīng)于原邊的開關(guān)時間），電壓V₁在5V值。圖11中的R₂₂和C₁₀構(gòu)成一個低通濾波器，甚至當(dāng)振鈴脈沖幾乎為零值時（見圖12中波形），它也能具備正確的同步信號。但是，R₂₂和C₁₀又會引起不希望的延遲時間，所以，再增加R₂₁和C₉組合電路，就能在快速開關(guān)轉(zhuǎn)換時減小該延遲。ST公司的邏輯器件74V1T70可消除噪聲，防止它誤觸發(fā)STSR3內(nèi)部的峰值檢波器。在后面的敘述中會給出該電路的建議值。

圖12 當(dāng)振鈴電壓接近零值時可能會引起IC錯誤觸發(fā)

2.6 禁止工作電路

在二極管整流與同步整流之間存在著一種差異，即MOSFET導(dǎo)通時電流可能雙向流動，而二極管導(dǎo)通時電流只呈單方向。在非連續(xù)模式用二極管整流時，當(dāng)電感器的電流降到零值，它也不能反向流動，若用MOSFET做整流器，當(dāng)電感電流降到零，它將繼續(xù)減小變?yōu)樨?fù)值，并從同步MOSFET漏極流向源極。在這種條件下，變換器好像就工作在連續(xù)模式。

若需工作在非連續(xù)模式，則當(dāng)電感電流為零時，同步MOSFET應(yīng)截止，故體二極管作共用整流器，避免電感電流反向。當(dāng)該電流接近0時，腳INHIBIT能關(guān)斷同步MOS，使變換器工作在非連續(xù)模式。

芯片在腳INHIBIT的內(nèi)部接了一個門限電平為－25mV的比較器。該腳外部通過一只電阻器接到同步MOSFET的漏極。在開始截止時間（此時CK處于低電平），OUT_GATE處于高電平。INHIBIT電壓的監(jiān)控時間為250ns：如果腳INHIBIT上的電壓高于－25mV，那么OUT_GATE變?yōu)榈碗娖剑蝗绻_INHIBIT電壓低于－25mV，那么OUTGATE保持高電平，直到其電壓達(dá)到－25mV為止。這是由于當(dāng)同步MOSFET導(dǎo)通時，其漏極上電壓為V_DS=－R_DS(ON)×I_D。如果V_DS高于－25mV，這就意味電流在減小，并且接近非連續(xù)模式，所以O(shè)UT_GATE關(guān)斷，讓MOSFET的體二極管工作，見圖13。當(dāng)變換器在連續(xù)模式時，腳INHIBIT電壓總是低于－25mV，則OUT_GATE保持高電平。

(a) 同步整流MOSFET源極—漏極電壓

(b) 電感電流

(c) 禁止INHIBIT工作電壓

(d) 同步整流MOSFET柵極電壓

圖13 禁止電路工作波形

在原邊MOSFET轉(zhuǎn)換到關(guān)斷期間，腳INHIBIT電壓應(yīng)在250ns之內(nèi)從高降到－25mV。選擇R₂₆阻值應(yīng)適合該特性。當(dāng)變換器與其他電源并聯(lián)工作時，腳INHIBIT檢測同步MOSFET兩端電壓，也避免變換器從輸出端吸入電流。

雖然腳INHIBIT允許工作在非連續(xù)模式，但是在原邊開關(guān)管關(guān)斷期間，－25mV門限電平對同步整流MOSFET漏極出現(xiàn)的振鈴，可能是敏感的，會引起不完全的OUT_GATE導(dǎo)通。利用時鐘信號提供負(fù)極性電壓加到腳INHIBIT起消隱時間作用，就能避免這一不恰當(dāng)?shù)那闆r。采用圖14中所示的一些元器件，可容易地產(chǎn)生該負(fù)極性電壓。消隱時間值由C₁₁和R₂₅確定。它對覆蓋振鈴時間結(jié)束是必要的，圖15中的振鈴信號由原邊開關(guān)截止時引起。（待續(xù)）

圖14 給INHIBIT提供負(fù)極性電壓的電路

圖15 關(guān)斷原邊開關(guān)管時的振鈴波形