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

4. 使用LLC諧振轉(zhuǎn)換器初級端柵極信號的同步控制

使用LLC諧振轉(zhuǎn)換器初級端柵極信號的同步控制是最直接的控制方法。使用由初級高側(cè)和低側(cè)信號計算而來的GATE信號，并將結(jié)果提供給次級端，控制相應(yīng)的次級端MOSFET的導(dǎo)通和關(guān)斷。如圖8所示，處理高側(cè)和低側(cè)的額外信號后，使用邏輯電路發(fā)送信號來控制次級端的MOSFET。注意，VHG和VLG的信號不能直接從計算導(dǎo)出，最有效的方法是使用LLC的信號來生成VHG和VLG信號，控制初級端的MOSFET。因為在大多數(shù)情況下，相應(yīng)的次級端MOSFET需要早于初級端MOSFET關(guān)斷，原始的LLC控制信號不能直接驅(qū)動MOSFET，必須發(fā)送一個新信號。

圖8. 使用初級端LLC信號控制同步整流器電路

使用這種檢測方法時必須滿足兩點要求：

A. 當(dāng)在II區(qū)域中使用LLC時，由于可能出現(xiàn)諧振電流IL低于磁性電流IM，這會使IP為零并且造成初級端和次級端的去耦合。去耦合的主要條件是次級端二極管關(guān)斷。所以，如果要改變同步整流器電路，需要在這一時間間隔內(nèi)關(guān)斷MOSFET。我們無法通過監(jiān)測初級端LLC控制的信號來了解該現(xiàn)象何時出現(xiàn)，所以必須添加功能，早些關(guān)斷SR，以阻止電流反向。

B. 當(dāng)LLC系統(tǒng)工作于I區(qū)域時，從圖9我們能夠找出初級端GATE信號與次級端電流的關(guān)系。當(dāng)?shù)蛡?cè)MOSFET關(guān)斷時，次級端的相應(yīng)電流還沒有降到零，所以，雖然次級端沒有出現(xiàn)相位立即改變的情況，但會發(fā)生相位置換的情況。工作于I區(qū)域的現(xiàn)象和相位置換時間的長度將會伴隨過載的交換。因此，當(dāng)使用初級端信號來控制同步整流器時，設(shè)計人員應(yīng)增加功能，以推遲同步整流(SR)的導(dǎo)通和關(guān)斷。這樣會確保這種情況不會發(fā)生并且能夠防止同步整流器受到初級端諧振電流的損壞。圖10所示為正常工作的同步整流器波形。

圖9. 次級端和初級端LLC信號的繞組電壓波形

圖10. 同步整流器波形和初級端LLC信號

III.結(jié)論

最后，表1給出了四種檢測方法。從邏輯上講，當(dāng)MOSFET導(dǎo)通時，就控制而言，檢測電流會比檢測VDET容易。最復(fù)雜的方法是與LLC信號同步，這要求增加功能，以改善I區(qū)域和II區(qū)域的情況。檢測電流需要使用電流互感器(CT)，而使用初級端LLC的信號則需要電壓互感器(PT)。因此，各種因素更加難以控制。在布局設(shè)計過程中，設(shè)計人員在確定電流互感器的電流檢測方法以及MOSFET非常精確的RDSON電壓時必需非常仔細(xì)。因為檢測到的RDSON電壓大約為1mV至10mV，所以更易受到干擾。采用通過PT發(fā)送同步信號的初級端LLC信號方式，要求設(shè)計人員考慮噪聲問題。

如果同步整流器死區(qū)時間受到布局和已降低噪聲的影響，檢測RDSON電壓的方法可以使得變化最小。由于交換頻率的差異，檢測VDET所需的時間將改變同步整流器的死區(qū)時間。從安全方面考慮，該功能時間是最長的。與LLC信號同步的方法將根據(jù)I區(qū)域相位移動的改善程度來確定同步整流器的死區(qū)時間。高效設(shè)計的最終考慮因素表明同步整流器的死區(qū)時間越短，其工作效率越高。因為增加電流互感器來檢測電流會增加損耗，其效率將會低于檢測VDET時間的方法。因此，在設(shè)計過程中，我們可以選擇合適的檢測和控制功效的方法。

表1. 次級端繞組電壓波形和初級端LLC信號