智能同步整流控制器NCP4318為LLC諧振轉(zhuǎn)換器帶來更高能效和可靠性
[導讀]點擊藍字?關注我們在電源設計中，為提高能效，通常采用同步整流，即用MOSFET取代二極管整流器，從而降低整流器兩端壓降和導通損耗，實現(xiàn)更高的系統(tǒng)能效。然而，傳統(tǒng)的同步整流在用于LLC諧振轉(zhuǎn)換器時，會有不少的技術挑戰(zhàn)，如：由于雜散電感造成同步整流過早的關斷，導通損耗增加由于不同工作...
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在電源設計中，為提高能效，通常采用同步整流，即用MOSFET取代二極管整流器，從而降低整流器兩端壓降和導通損耗，實現(xiàn)更高的系統(tǒng)能效。
然而，傳統(tǒng)的同步整流在用于LLC諧振轉(zhuǎn)換器時，會有不少的技術挑戰(zhàn)，如：由于雜散電感造成同步整流過早的關斷，導通損耗增加由于不同工作頻率造成最小導通時間設置的困難輕載條件下由于電容電流尖峰導致同步整流電流反向，最終對系統(tǒng)產(chǎn)生不良影響
安森美新推出的雙通道同步整流控制器NCP4318，完美地解決上述問題的挑戰(zhàn)，較前代FAN6248更進一步優(yōu)化性能，適用于高能效服務器電源、網(wǎng)絡和電信電源、液晶電視及顯示器電源、高功率密度適配器、游戲機等的LLC諧振電源轉(zhuǎn)換器之應用。
1傳統(tǒng)的同步整流用于LLC諧振轉(zhuǎn)換器的技術挑戰(zhàn)
同步整流控制器按關斷方式分類有瞬時漏極電壓類型、預測類型、漏極電壓調(diào)節(jié)類型、含死區(qū)調(diào)節(jié)的混合控制類型。
傳統(tǒng)的同步整流控制大多采用瞬時漏極電壓類型，這種類型在負載瞬態(tài)期間安全運行。但雜散電感會產(chǎn)生正偏移VLS 導致同步整流過早的關斷，固定的關斷臨界值電壓導致本體二極管導通時間較長，增加導通損耗，能效降低。因此，需要自動調(diào)節(jié)的關斷臨界值電壓以維持較小的死區(qū)時間。
預測類型同步整流無需精確的漏極電壓檢測，因而不受雜散電感影響，在雜散電感較大的系統(tǒng)中提供更高能效。但輸出負載的瞬間變小時會導致在LLC諧振轉(zhuǎn)換器中的頻率瞬間增加，一旦關斷延遲，就會產(chǎn)生反向電流和漏極電壓突波。
漏極電壓調(diào)節(jié)類型，當同步整流電流減小時將會自動調(diào)整Vgs 來增加導通電阻RDS_ON以維持Vds 在關斷臨界值，雖然比由雜散電感導致的過早關斷要好，但較低的VGS導致產(chǎn)生更高的導通損耗。
混合控制類型解決上述挑戰(zhàn)，但在輕載條件下，由于較低的漏極斜坡使死區(qū)時間變化較大，可能引起系統(tǒng)不穩(wěn)定，可采用遲滯帶死區(qū)時間調(diào)節(jié)控制解決這問題。當初級側(cè) LLC 控制器 VDD 關斷和交流電關斷時，最小導通時間功能防止快速關斷，但會產(chǎn)生負電流和巨大的 VDS 尖峰，因此需要有精密的保護功能如初級側(cè)關斷、同步整流反向電流檢測、漏極異常檢測。
NCP4318使用瞬時漏極電壓和前一周期的死區(qū)時間信息，用于LLC諧振實現(xiàn)更高能效，外部元器件極少。自適應死區(qū)時間控制可以抵補寄生電感電壓，以最大化同步整流 MOSFET 能效。多階段關斷臨界值控制和同步整流電流反向檢測功能可防止快速負載瞬變期間的反向電流，并使同步整流在整個負載范圍內(nèi)穩(wěn)定運行。
2NCP4318的關鍵特性
NCP4318采用混合模式同步整流關斷控制，具有反向電流保護特性，確保可靠的同步整流，每個同步整流 MOSFET都有專用的200 V額定漏極檢測和專用源極檢測引腳，遲滯帶死區(qū)時間調(diào)節(jié)控制有助于最小化本體二極管導通時間和最大化能效。輕載時當電容電流足以預先導通MOSFET時，NCP4318檢測到同步整流器的電流反向。通過增加在輕載條件下的導通延遲，可避免這樣的運行模式，提供安全、穩(wěn)定和高效的工作，避免漏極電壓突波。
NCP4318有一個自調(diào)節(jié)最小導通時間電路，以更好地抗噪。同步整流1~3階式門(閘)極導通電壓與軟啟動脈沖數(shù)控制。它可根據(jù)負載條件、工作頻率和溫度自調(diào)節(jié)門電壓控制 (10 V, 6 V, 5 V)，從而提高輕載條件和高頻工作下的能效。精密的保護功能如初級端關斷、漏極檢測異常保護等實現(xiàn)更高的可靠性。節(jié)能模式下的工作電流低，典型值100 uA。6 V門輸出電壓的軟啟動確保穩(wěn)定的啟動。具有30 ns的極快導通和關斷延遲時間，強大的電流能力，源電流/灌電流為1.5 A/4.5 A。寬工作電壓范圍6.5 V至35 V。工作頻率范圍22 kHz到500 kHz。
圖1所示為NCP4318的典型應用電路，在初級端有一個LLC控制器。在次級端，配置非常簡單，包含一個NCP4318控制器和2個外置電阻，在噪聲嚴重的系統(tǒng)中可能需要再添加2個電容。因此，NCP4318是個高度集成的控制器，需要最少的外部元件。??
圖1：NCP4318的典型應用電路
3NCP4318的3個版本
4能效測試
我們對NCP4318和競爭對手的同類器件進行了能效對比測試，其中Vin=390 Vdc，可看到從輕載到重載，NCP4318的能效都是極高的，最高時約97%。
圖2：NCP4318提供高能效
微信號：onsemi-china安森美 (onsemi)智能技術，美好未來
在電源設計中，為提高能效，通常采用同步整流，即用MOSFET取代二極管整流器，從而降低整流器兩端壓降和導通損耗，實現(xiàn)更高的系統(tǒng)能效。
然而，傳統(tǒng)的同步整流在用于LLC諧振轉(zhuǎn)換器時，會有不少的技術挑戰(zhàn)，如：由于雜散電感造成同步整流過早的關斷，導通損耗增加由于不同工作頻率造成最小導通時間設置的困難輕載條件下由于電容電流尖峰導致同步整流電流反向，最終對系統(tǒng)產(chǎn)生不良影響
安森美新推出的雙通道同步整流控制器NCP4318，完美地解決上述問題的挑戰(zhàn)，較前代FAN6248更進一步優(yōu)化性能，適用于高能效服務器電源、網(wǎng)絡和電信電源、液晶電視及顯示器電源、高功率密度適配器、游戲機等的LLC諧振電源轉(zhuǎn)換器之應用。
1傳統(tǒng)的同步整流用于LLC諧振轉(zhuǎn)換器的技術挑戰(zhàn)
同步整流控制器按關斷方式分類有瞬時漏極電壓類型、預測類型、漏極電壓調(diào)節(jié)類型、含死區(qū)調(diào)節(jié)的混合控制類型。
傳統(tǒng)的同步整流控制大多采用瞬時漏極電壓類型，這種類型在負載瞬態(tài)期間安全運行。但雜散電感會產(chǎn)生正偏移VLS 導致同步整流過早的關斷，固定的關斷臨界值電壓導致本體二極管導通時間較長，增加導通損耗，能效降低。因此，需要自動調(diào)節(jié)的關斷臨界值電壓以維持較小的死區(qū)時間。
預測類型同步整流無需精確的漏極電壓檢測，因而不受雜散電感影響，在雜散電感較大的系統(tǒng)中提供更高能效。但輸出負載的瞬間變小時會導致在LLC諧振轉(zhuǎn)換器中的頻率瞬間增加，一旦關斷延遲，就會產(chǎn)生反向電流和漏極電壓突波。
漏極電壓調(diào)節(jié)類型，當同步整流電流減小時將會自動調(diào)整Vgs 來增加導通電阻RDS_ON以維持Vds 在關斷臨界值，雖然比由雜散電感導致的過早關斷要好，但較低的VGS導致產(chǎn)生更高的導通損耗。
混合控制類型解決上述挑戰(zhàn)，但在輕載條件下，由于較低的漏極斜坡使死區(qū)時間變化較大，可能引起系統(tǒng)不穩(wěn)定，可采用遲滯帶死區(qū)時間調(diào)節(jié)控制解決這問題。當初級側(cè) LLC 控制器 VDD 關斷和交流電關斷時，最小導通時間功能防止快速關斷，但會產(chǎn)生負電流和巨大的 VDS 尖峰，因此需要有精密的保護功能如初級側(cè)關斷、同步整流反向電流檢測、漏極異常檢測。
NCP4318使用瞬時漏極電壓和前一周期的死區(qū)時間信息，用于LLC諧振實現(xiàn)更高能效，外部元器件極少。自適應死區(qū)時間控制可以抵補寄生電感電壓，以最大化同步整流 MOSFET 能效。多階段關斷臨界值控制和同步整流電流反向檢測功能可防止快速負載瞬變期間的反向電流，并使同步整流在整個負載范圍內(nèi)穩(wěn)定運行。
2NCP4318的關鍵特性
NCP4318采用混合模式同步整流關斷控制，具有反向電流保護特性，確保可靠的同步整流，每個同步整流 MOSFET都有專用的200 V額定漏極檢測和專用源極檢測引腳，遲滯帶死區(qū)時間調(diào)節(jié)控制有助于最小化本體二極管導通時間和最大化能效。輕載時當電容電流足以預先導通MOSFET時，NCP4318檢測到同步整流器的電流反向。通過增加在輕載條件下的導通延遲，可避免這樣的運行模式，提供安全、穩(wěn)定和高效的工作，避免漏極電壓突波。
NCP4318有一個自調(diào)節(jié)最小導通時間電路，以更好地抗噪。同步整流1~3階式門(閘)極導通電壓與軟啟動脈沖數(shù)控制。它可根據(jù)負載條件、工作頻率和溫度自調(diào)節(jié)門電壓控制 (10 V, 6 V, 5 V)，從而提高輕載條件和高頻工作下的能效。精密的保護功能如初級端關斷、漏極檢測異常保護等實現(xiàn)更高的可靠性。節(jié)能模式下的工作電流低，典型值100 uA。6 V門輸出電壓的軟啟動確保穩(wěn)定的啟動。具有30 ns的極快導通和關斷延遲時間，強大的電流能力，源電流/灌電流為1.5 A/4.5 A。寬工作電壓范圍6.5 V至35 V。工作頻率范圍22 kHz到500 kHz。
圖1所示為NCP4318的典型應用電路，在初級端有一個LLC控制器。在次級端，配置非常簡單，包含一個NCP4318控制器和2個外置電阻，在噪聲嚴重的系統(tǒng)中可能需要再添加2個電容。因此，NCP4318是個高度集成的控制器，需要最少的外部元件。??
圖1：NCP4318的典型應用電路3NCP4318的3個版本
4能效測試
我們對NCP4318和競爭對手的同類器件進行了能效對比測試，其中Vin=390 Vdc，可看到從輕載到重載，NCP4318的能效都是極高的，最高時約97%。
圖2：NCP4318提供高能效微信號：onsemi-china安森美 (onsemi)智能技術，美好未來
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