在半橋諧振轉(zhuǎn)換器中提升次級端同步整流器功率效率的控制方法分析

圖4. 雙電流互感器控制同步整流器的波形

圖5. 單一電流互感器控制同步整流器的波形

雖然使用電流互感器檢測電流信號能夠控制MOSFET導(dǎo)通和關(guān)斷的時間，但還是存在不足。通過監(jiān)測流過電流互感器次級端的電流來檢測信號，會少許增大電流互感器的電流損耗，略微降低SR的效率。如果是這樣，在發(fā)生最輕微的過負載時必須關(guān)斷同步整流器的功能，設(shè)計人員必需在兩個電路相位反轉(zhuǎn)和交替時仔細監(jiān)測電流。

2. 檢測次級端同步整流器電壓VDET

使用電流互感器檢測次級端電流，可以方便地控制MOSFET，但為了避免電流互感器上的損耗，可以使用另一種檢測方法。為此，在檢測MOSFET導(dǎo)通時，利用RDSON上的電壓來揭示MOSFET電流的直接比率。這樣在MOSFET導(dǎo)通時檢測了電壓，并且提供了一種控制關(guān)斷時間的方法。MOSFET導(dǎo)通定時使用了跨越MOSFET的體二極管。當(dāng)次級端電流相位轉(zhuǎn)換時，電流通過MOSFET，使其關(guān)斷。使用這些條件來控制MOSFET的導(dǎo)通定時，MOSFET上的電壓將會降低二極管的正向電壓VF。如圖6所示，當(dāng)IDS開始通過MOSFET的體二極管時，MOSFET上的電壓VDET為負，觸發(fā)發(fā)出GATE信號來導(dǎo)通MOSFET。在GATE導(dǎo)通時，可以觀察到VDET下降，電壓為RDSON*IDS。

圖6. 同步整流器的VDS波形

該檢測方法可與使用電流互感器檢測電流的方法相媲美，防止電流互感器之間和電流互感器上的能量損失，并精確地控制電流互感器的使用。這種方法最適合LLC次級端同步整流器。重要的是保證檢測VDET 信號到控制電路之間的間隔不能太長，可能由于線路內(nèi)電感的寄生效應(yīng)造成信號的失真，此外，需要控制的信號會受到干擾。選擇最低的MOSFET RDSON和最小的過載輸出是控制MOSFET關(guān)斷定時的簡便方法。

3. 檢測次級端同步整流器的導(dǎo)通周期

在MOSFET導(dǎo)通時，可以使用與檢測V?DS相同的方法來檢測VDET電壓。通過檢測VDS導(dǎo)通時間，并且在MOSFET導(dǎo)通后VDET處于接近0V的低電壓下，可以測量同步整流器的導(dǎo)通時間(tDETL)，在這段時間內(nèi)，DETL低于低電平(大約1~2V)。該信息用來確定同步整流器柵極針對下一個開關(guān)周期的關(guān)斷時間。為什么能夠使用這個功能，原因是LLC拓撲的高側(cè)和低側(cè)開關(guān)占空比是對稱的，在穩(wěn)定狀態(tài)下，開關(guān)頻率不會有大的變化?？刂茖?dǎo)通的定時使用了MOSFET的體二極管，MOSFET先導(dǎo)通，然后斷開。

圖7所示為這種控制方式。在過程開始時獲取信息作為控制MOSFET關(guān)斷的方法，這種方法使GATE較早關(guān)斷，以防止由于某些原因而造成MOSFET晚關(guān)斷。在MOSFET導(dǎo)通且受到噪聲和連線的一些干擾時，這種方式比直接檢測VDET上微小負電壓的方式更加穩(wěn)定。由于電流低至0A，tDEAD的周期(從GATE關(guān)斷的定時到IDS的定時)將變長，減低同步整流器的活動性可以改善能效。

圖7. 同步整流器的VDS波形