非常酷的智能电源设计

我们都一遍又一遍地听说智能电源将为电源行业带来的伟大事物。它在很多方面都达到或超出了我们的预期;然而，在其他方面它也让我们失望了。我不禁认为，其中一些原因是因为很容易因为它是不同的或新的技术而迷恋它。我们忽略了一个事实，即它并没有做一些真正伟大的事情。换句话说，我们中的一些人可能会觉得智能力量很棒，但我们不确定我们将如何处理它来展示它的强大。

我想介绍一种由数字电源智能支持的新技术。我想你会发现它既很棒又非常有用。本质上，这是一种新的同步整流方案，可提高 LLC 转换器的效率、稳健性和设计简易性。

现在坚持住。在你的眼睛转回你的头并打瞌睡之前，请继续倾听。酷的因素来了。我保证!

为了了解这项技术，让我们回顾一下与为 LLC 转换器设计稳健的同步整流解决方案相关的一些挑战。在最简单的层面上，同步整流需要 MOSFET 模拟二极管的行为。简而言之，当电流要从阳极流向阴极时，MOSFET 就会开启。一旦它开始从阴极流向阳极，MOSFET 就会关闭。

很简单，对吧?但魔鬼在细节中。

例如，如果 MOSFET 过早关断，则产生的电流会流过 MOSFET 体二极管。如果这种情况发生太多，效率就会受到影响，我们都知道我们需要尽可能高的效率。(如果对此有任何疑问，请询问环保局。如果 MOSFET 开启时间过长，不仅效率会下降，而且由此产生的电流实际上会破坏 MOSFET。所以诀窍是确定最佳时间关闭 MOSFET，以使体二极管的导通时间不会超过必要的时间——但仍要确保 MOSFET 不会承受过高的电压。

图 1说明了该问题的解决方案。除了打开和关闭 MOSFET 之外，驱动器还逐个周期地向控制器发送数字信息。该消息准确地告诉控制器 SR1 和 SR2 的体二极管导通时间。控制器使用此信息来计算新的脉冲宽度，该脉冲宽度将增加或减少体二极管的导通时间。这类似于让工程师监控施加到 MOSFET 的每个脉冲，以查看它使用的脉冲宽度是否太长或太短。

图 1：UCD3138A 和 UCD7138 LLC 同步整流器解决方案

UCD3138系列是一款德州仪器(TI)数字电源控制器，此控制器在一个单芯片解决方案内提供高集成度和出色性能。相对于德州仪器(TI)的UCD3138x数字电源控制器，UCD3138x中的UCD3138A64可提供64kB程序闪存存储器(UCD3138128可提供128KB程序闪存存储器)，以及SPI和另一个I2C端口等其他通信选件。利用多个32kB组内的程序闪存存储器，设计人员能够在器件中实施固件的双镜像(例如，一个主镜像+一个备用镜像)，并能够选择使用适当算法从任一组中执行。它还为处理器创造了独一无二的机会来载入一个新程序并随后执行该程序，而不会中断电力输送。该特性使得最终用户能够现场为电源添加新 特性， 同时消除了载入新程序所需的任何停机时间。

现在，如果这还不够酷，控制器不仅仅使用这些信息来优化效率;它还使用它来提高系统的稳健性。高效同步整流要求体二极管导通时间尽可能短。请记住，时间太短可能很危险。因此，数字控制器就像一个看门狗，不断地寻找任何导致体二极管导通时间过短的栅极驱动脉冲。如果它看到其中一个事件，它会在下一个周期立即纠正它。

我们已经看到这项技术带来的各种效率改进。图 2 显示了一个示例，其中平均效率提高了 0.6% 以上。

图 2：UCD3138A 和 UCD7138 效率提升

我曾承诺向您展示这项技术有多酷。还记得那句话，“一张照片抵得上一千个字吗?” 请看图 3，了解这项技术的性能提升有多么显着。图 3A 和 3B 显示了该技术如何保护系统免受过长的栅极驱动脉冲的影响。请注意左图中MOSFET V DS上的巨大电压尖峰。当优化技术开启时，栅极驱动脉冲会缩短，结果类似于您在教科书中看到的效果。