- 測試電路
- 實施同步整流可以節(jié)省電源
- LLC 輸出的同步整流
隨著“整個負載范圍內(nèi)都保持超高的效率”這一要求成為產(chǎn)品規(guī)格的一部分，設計工程師在評審 AC/DC 電源拓撲時都將減少能耗作為具體的目標。 圖 1顯示了一個能提供一流效率的拓撲示例。 本文由 Future Electronics(EMEA) 公司的技術項目經(jīng)理John Stephens 編著，應廣大 IC制造商的要求介紹了如何處理此拓撲中最后剩余的主要能耗部分：輸出整流階段。
先前對此拓撲的增強為交錯式臨界導通模式 (BCM) 階段提供了優(yōu)異的 PFC 控制 IC，而新 LLC 控制 IC 可以實現(xiàn)更高效的設計。目前，LLC 共振轉換器的輸出整
流階段的損耗一般會占能耗預算成本的大部分。 為了進一步提高效率，需要使用同步整流。
來自 International Rectifier 和Diodes Inc. 公司的兩款 IC 現(xiàn)在已被視為這一問題的潛在解決方案。 在這些設備面市之前，LLC 共振轉換器的同步整流技術由于太復雜和難度太高而無法真正實施。共振 LLC 電路中的同步整流技術變?yōu)楝F(xiàn)實對于電壓饋送電路，通常為 PWM 或串并聯(lián)共振拓撲，電源變壓器的附加線圈或抽頭將足以驅(qū)動同步整流電路。
LLC 共振拓撲有所不同：由于它采用的是電流饋送式電容器負載結構，因此無法使用電源變壓器波形來驅(qū)動同步整流電路。 這是因為第二個線圈上的電壓在導通期間通過MOSFET 連接到輸出，因此會保持線圈電壓，直到 MOSFET關閉。
解決這一問題的其中一種方法是感應 MOSFET 周圍的電流流動和電壓。 這需要以下功能：
? 電流感應
? 電壓感應
? 高速邏輯
? 高電流柵極驅(qū)動
這些感應功能以及其測量值的使用在分立元件中將極其難以實施。 幸運的是，以下兩個 IC 可以替設計工程師做這項工作：Diodes Inc. 推出的 ZXGD3103 和 InternationalRectifier 推出的 IR1168。
它們均屬于二次端驅(qū)動器，可以與用來替換 Schottky 二極管的 MOSFET 密切配合使用。 ZXGD3103 是要求兩個 IC 的單一驅(qū)動器，而 IR1168 是僅要求一個 IC 的雙驅(qū)動器。 它們都借助 MOSFET 處的漏源電壓的降低來感應電流，但它們的內(nèi)部工作方式不盡相同。
測試電路
為了評估這些二次端驅(qū)動器在 LLC 電源設備的輸出整流中節(jié)省電源的能力，倫敦的 Future Electronics 實驗室依托 Fairchild Semiconductor 開發(fā)的評估板建立了一套測試裝置。 它是一種 390V 直流輸入至 25V 直流輸出的共振 LLC電源，能夠為負載提供 200W 的電源。為了簡化測試裝置，僅使用了雙 IR1168 的一半。 圖 2 顯示了滿載 (F.L.) 下的波形詳圖，圖 3 顯示了 25% 滿載下的波形詳圖。
Ch1 = Vds 反轉
Ch4 = Ids 流入 Co
Math = Vgs (Ch2-Ch3)（其中 Ch2 - V dg 和 Ch3 - V ds）
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在這兩個圖中，令人關注的是快速柵極驅(qū)動電壓。在探測到寄生二極管在 MOSFET 中的正向壓降之后約 200 納秒內(nèi)，Q1 打開，減少其電壓 (Ch1 - Vds)。 在這兩個測試中，Q1 Vds 均高于預期。 這可能由電路電感和示波器的容量造成的。在滿載情況下，柵極驅(qū)動電壓在正弦電流開始減少時下降。這可能是電路的電感和 Q1 TO-220 封裝的電感造成的。對布局進行改進并選擇低電感的封裝應該可以解決此問題。
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同上面一樣，圖 4 顯示了測試電路滿載 (F.L.) 下的波形詳圖，圖 5 顯示了 25% 滿載下的波形詳圖 （使用 IR1168 設備）。 同 ZXGD3103 一樣，IR1168 測試電路揭示了快速柵極驅(qū)動電壓；在探測到寄生二極管在 MOSFET 中的正向壓降之后約 200 納秒內(nèi)，Q1 打開，減少其電壓 (Ch1 - Vds)。同前面一樣，Q1 Vds 高于預期，可能是出于同樣的原因。
在滿載測試電路中，柵極驅(qū)動電壓在正弦電流開始減少時早期終止，這可能是由電路的電感和 Q1 TO-220 封裝的電感造成的。 與前面使用 ZXGD3103 的測試一樣，對布局進行改進、減少阻抗和選擇低電感的封裝應該可以解決此問題。
實施同步整流可以節(jié)省多少電源？
實施同步整流的主要原因是節(jié)省電源。下表詳細說明了主要相關參數(shù)。
對布局進行改進并選擇低電感的MOSFET封裝后，兩個同步整流電路展示了更高的效率；因此，表中所示的 ZXGD3103與 IR1168 電路之間的略微差別不是嚴重問題。令人清楚的一點是，通過遵照制造商的應用指南，在實施設計不太完美的電路后是有可能大幅度節(jié)省電源的。
令人清楚的另一點是，大約在 25% 滿載或 以上負載時才開始觀察到電源節(jié)省效果。 在滿載時，Schottky 二極管造成散熱器溫度升高，以致于需要一個小風扇才能繼續(xù)工作。相反，同步整流電路中的 MOSFET 可以在不使用散熱器的情況下滿載工作，而且在這兩種情況下，溫度升高幅度很小，用手觸摸時也不燙手。 這表明，通過消除散熱器和風扇，有可能實現(xiàn)大幅度的電源節(jié)省。
總之，隨著 ZXGD3103 和 IR1168 的面市，在 LLC 電路的輸出階段實施同步整流有望變得切實可行。 這種新技術似乎在 25% 滿載至 100% 滿載的范圍內(nèi)都可以實現(xiàn)電源節(jié)省。
