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隔离开关电源同步整流器数字控制与驱动技术介绍

发布时间:2020-07-21 19:19:08 阅读: 来源:水泥发泡板厂家

摘要:叙述了在SMPS隔离拓扑中能数字控制尤其是能适当关断作为整流器使用的一只或两只MOSFET的一种方法,同时介绍了推荐技术的基本电路履行及智能驱动器STSRx系列ICs。关键词:同步整流器;数字控制与驱动;STSRx系列智能驱动器

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1引言

在主PWM控制器位于初级侧的低DC输出电压隔离型开关电源(SMPS)中,通常采用专门设计的MOSFET作为同步整流器(SR)。作为SR使用的MOSFET具有非常小的导通损耗,有助于提高系统效率。

在初级侧控制的隔离SMPS拓扑中,由于在隔离变压器次级侧没有PWM控制信号,故欲产生适当的SR控制信号显得比较困难。但是,可以从变压器次级输出获得有关数据。由于电路寄生元件的存在,同步信号在从隔离变压器输出分离(withdrawn)时,相对于初级PWM信号会发生延迟,并且在不连续导通模式(DCM)状态会出现振荡。因此,为SR提供驱动的控制电路必须能避免发生错误的操作。

在初级侧控制的隔离拓扑中,为驱动SR需要适当的控制电路,以处理同步时钟信号(clock)从隔离变压器的输出移开,解决驱动信号相对于时钟输入的定时等问题。若对SR控制不当,在两个器件之间会发生“跨越导通”(crossconduction)。同时,在隔离拓扑的次级由于相对于初级主开关(MOSFET)驱动信号的延迟,会在相关元件之间形成短路,发生“贯通”(shootthrough)现象。产生贯通的机理,具体取决于变换器拓扑结构。

2同步整流器的数字控制方法

在用作产生SR驱动信号的方案中,首推数字控制方法。

21系统基本结构

SR数字控制系统一般由振荡器(OSC)、限定状态机构(FiniteStatesMachine,简写FSM)、两个耦合的向上/向下(UP/DOWN)计数器和两个控制输出逻辑等单元电路所组成,系统框图如图1所示。

控制电路有3个输入和2个输出。其中,2个输出为隔离变换器次级2只MOSFETs提供互补驱动信号,3个输入包括1个时钟信号和2个输出的期望(anticipation)时间设定。不论是接通还是关断,2个输出OUT1和OUT2没有任何交迭。开关频率为fs的方波信号出现在时钟输入端,期望的定时通过外部有关

图1同步整流器数字控制器组成方框图

图2OUT2预期时间产生波形

图4在TS1>TS2时OUT2及相关波形

图3OUT1预期时间产生波形

输入设定。2个计数器工作方式及作用不同:DOWN计数器用于处理输出截止,UP计数器连续获取OUT2开关周期期间或OUT1接通时间内的有关数据。控制系统根据前面周期内存储的有关信息,在开关周期截止期内的输出被预先处理。采用这种控制方法,开关周期和接通时间(tON)被逐周连续监测。

22稳定条件

在稳态条件(固定频率和固定占空比)下,两个开关周期中与输出OUT2相关的波形如图2所示。

在第1个开关周期(TS1)内,在时钟输入的上升沿上,两个(UP/DOWN)计数器中第1个开始计算内部时钟(CK)脉冲。在接下来的一个时钟输入的上升沿(TS1结束)上,计数器停止计算。计算过的脉冲数目(n2)把开关周期的持续时间考虑在内。所存储的数据,在下一个开关周期中被利用。

在第2个开关周期中,在内部时钟输入的上升沿上,第1个计数器由大到小计算(countsDOWN)内部时钟脉冲,并且在计算到(n2-x2)个脉冲时终止。第2个计数器计算新的尚未计算的内部时钟脉冲,并适时修正开关周期(TS)期间的有关数据。OUT2超前截止总量为X2·TI(TI为内部时钟脉冲周期),并通过OUT2预期时间输入设定。计数器UP或DOWN在每个周期内的功能,相对于先前周期被交换。

为预期关断OUT1,另外两个UP/DOWN计数器将考虑计及接通时间(tON)期间的有关数据,相关波形如图3所示。

在第1个开关周期内,第1个计数器在时钟输入上升沿上开始计数,并且在时钟输入下降沿上停止。其间计算的脉冲数量为n1,只计及tON时间之内的脉冲数。

在第2个开关周期内,第1个计数器递减计数,在计算到n1-x1时停止。关断OUT1的超前时间总计为x1·Ti,并由OUT1预期时间输入设定。第2个计数器向上(由小到大)计算时钟输入上升沿与下降沿之间的脉冲数目。

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