LLC转换器设计稳健型同步整流解决方案

作者：Brent McDonald

是的，我知道这个题目实在有些老土，但我想如果您赏光一览，您真的会喜欢这篇文章。

我们都不止一次听说过智能电源将给电源行业带来的伟大变革。在许多方面，它已达到或超过了我们的预期；但在其它方面，它也让我们感到一丝丝失望。我禁不住想某些这样的情况源于这样一个事实：炫酷技术很容易让人迷恋，只因为它与众不同或充满新意；然而我们却忽略了它并没做真正伟大的事情这一事实。换句话说，我们有些人可能会觉得智能电源很棒，但我们不知道要用它做什么才能彰显它的魅力。

我想列举一种借助数字电源的智能性实现的新技术。我想您会发现它非常棒又非常有用。实质上，这是一种全新的同步整流方案，可提高逻辑链路控制（LLC）变换器的效率、增加其稳健性和设计简易性。

现在请稍等。在您闭上眼睛打瞌睡之前，继续听下去。马上就讲超酷的东西。我保证！

为了理解这种技术，让我们回顾一些为LLC转换器设计稳健型同步整流解决方案时遇到的挑战。在其最简单的层面上，同步整流需要金属氧化物半导体场效应晶体管（MOSFET）仿真二极管的行为。简言之，当电流拟从正极流向负极时，MOSFET导通。一旦电流开始从负极流向正极，则MOSFET关断。

很简单，对吧？但麻烦的是细节。

例如，假使MOSFET关断太早，那么所产生的电流会流过MOSFET体二极管。如果这种情况发生得太频繁，效率就会受到影响。我们都知道，我们需要效率要尽可能地提高。（如果对这方面有任何疑问，就请咨询美国环境保护署。）假使MOSFET导通时间太长，不仅效率会降低，由此产生的电流实际上还会摧毁MOSFET。因此，关键是要确定关断MOSFET的最佳时间，使体二极管在不必要的时候不导通 —— 并且还要确保MOSFET不承受过高的电压。

图1展示了针对该问题的解决方案。除了导通和关断MOSFET，驱动器还逐周期地向控制器发送数字消息。该消息精确地告知控制器SR1和SR2的体二极管导通了多长时间。控制器用该信息来计算将要增加或减少体二极管导通时间的全新脉冲宽度。这类似于让工程师监视应用到MOSFET的每个脉冲，看它是否使用了过长或过短的脉冲宽度。

图1：UCD3138A和UCD7138 LLC同步整流器解决方案

现在，如果您觉得这还不够酷，那么接着往下听 —— 控制器不只用这些信息来优化效率，它还用这些信息来增强系统的稳健性。高效同步整流要求体二极管导通时间尽可能地缩短。不过请谨记，时间太少可能很危险。因此，数字控制器就像看门狗，不断留心找寻能导致体二极管导通时间过短的任何栅极驱动脉冲。如果它发现任何这样的事件，就立即在下一个周期予以纠正。

我们已见证了该技术各种各样的效率提升情况。图2展示了一个平均效率增幅超过0.6％的例子。

图2：UCD3138A和UCD7138的效率提升

我曾答应向您展示该技术是何等绝妙。还记得“一张图片胜过万语千言”这句话吧？瞧一瞧图3，看该技术能多么显著地增强性能。图3A和3B展示了该技术如何能保护系统免受过长栅极驱动脉冲的冲击。注意左边图像中MOSFET VDS的巨大电压尖峰。当优化技术功能被启用时，所述栅极驱动脉冲被缩短，结果与您在教科书中看到的有些类似。

我认为这真的很不错。它可能无法与最新科幻电影的特效相媲美，但对电源而言真是超级炫酷。