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安森美半导体同步整流驱动控制器NCP4305的工作原理

已有 752 次阅读  2019-01-01 16:15

之前已经初步介绍了NCP4305,接下来就主要介绍其工作原理。在LLC应用中,由于次级端有两个MOSFET,且工作时序不同,所以需要两个NCP4305分别控制。NCP4305主要用于次级端回路(即负端),但也可置于次级输出的正端。当置于正端时,必须额外添加辅助线圈为SR控制器提供电源,并添加一些元件到LLD电路中。

电流检测

CS_OFF比较器是非常精密的真正的零比较器,通过同步整流将系统能效提升至最高。NCP4305的CS脚和SR MOSFET(M1)之间的电阻用来调节关断电流。当CS脚电压低于VTH_CS _ON阈值时,M1 导通;当CS脚电压高于VTH_CS _OFF阈值时,M1关断。

由于在GND端和CS端之间不仅包括M1的导通电阻,还包括M1 管脚、PCB布线产生的寄生电感,而寄生效应会导致电流信号发生变化,从而导致驱动器在电流降至0前提前关断,能效降低。为减小寄生效应,M1管的封装方式及PCB布线至关重要:GND引脚必须接至M1的源极,CS引脚必须接至M1的漏极,M1管尽量采用SMT封装。

最小导通和关断时间

NCP4305可设置最小导通和最小关断时间,从而屏蔽由于同步整流管导通和关断瞬间导致的噪声。

由于寄生效应,同步MOS管导通瞬间会产生电压噪声。最小的导通时间设置将避免比较器错误地关断同步MOS管。同步MOS管关断瞬间会产生电压噪声,且在DCM的退磁阶段产生振荡。最小关断时间能够屏蔽噪声并防止同步MOS管错误地开通。当CS压降低于CSTH_RESET阈值时,最小关断时间有随时重启的特性。这种特性,适合于应用在DCM工作模式。

自同步整流

NCP4305的TRIG引脚用来控制SR的驱动输出,也可用来与系统同步。只有当TRIG脚电平低于阈值电压且最小关断时间达到以后,SR驱动才会正常工作。在受寄生效应干扰的系统中,该器件启动进行自同步,这自同步特性提供灵活的控制功能。

触发功能在CCM中提升能效

CCM应用中,当初级端MOS管导通时,通过隔离驱动器强制使次级端MOS管关断;当初级端MOS管关断, TRIG脚功能使次级端MOS管导通。这种交替导通特性大大提高系统能效。

无触发功能的初级端和次级端驱动信号交叠的时间为40 ns,远大于带触发功能的12 ns,也就是说,触发功能将缩短延迟时间,从而降低损耗。

Q版本最大导通时间功能使QR控制器工作在CCM模式

QR控制器可代替触发功能。通过添加一些元件增添最大导通时间设置功能,可使QR控制器强制工作在CCM模式。

当最大导通时间超过设定值,提前关断SR晶体管(仍有一些电流流过次级端电路)。关断SR晶体管的信息被小信号变压器转移到产生伪ZCD状况的初级端,所以QR控制器可在次级端电流消失前转向初级晶体管,最终进入CCM模式,这使变压器可转换比在DCM模式更多的能量,为QR带来最大峰值功率优势,可大大提升重载时的能效。

自适应驱动器钳位电压

同步整流系统用于SMPS应用时,可大大提升系统在重载或满载时的能效。然而,在轻载或无载条件下,SR MOSFET和SR控制器会产生功耗。

NCP4305的自适应驱动器钳位电压特性可使输出电压随负载而变化,从而优化轻载和无载条件下的能效。输出电压可通过LLD引脚从0调至其最大电压。

Flyback应用中,LLD电路用于间接测量输出功率,并据此调节驱动器输出电压或进入禁用模式;在LLC应用中,LLD电路用于测量跳周期模式的占空比,并据此改变驱动器输出电压或进入禁用模式。

安森美半导体新一代同步整流驱动控制器NCP 4305采用精密的真正零关断比较器,可设置最小的导通和关断时间,其自同步、极短关断延迟时间、强大的驱动能力、自适应门极驱动等特性可将整流损耗降至最低,使其在任何负载条件下都能保持最高能效。该器件可兼容DCM/CCM Flyback、QR Flyback、正激及半桥谐振 LLC等多种拓扑,用于高功率密度AC-DC电源 的SMPS设计中以实现更高能效。

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