同步整流器的數(shù)字控制方法 ---數(shù)字控制

隔離開關(guān) [1](Isolating switch)是一種主要用于“隔離電源、倒閘操作、用以連通和切斷小電流電路”，無滅弧功能的開關(guān)器件。隔離開關(guān)在分位置時，觸頭間有符合規(guī)定要求的絕緣距離和明顯的斷開標(biāo)志;在合位置時，能承載正?；芈窏l件下的電流及在規(guī)定時間內(nèi)異常條件(例如短路)下的電流的開關(guān)設(shè)備。一般用作高壓隔離開關(guān)，即額定電壓在1kV以上的隔離開關(guān)，它本身的工作原理及結(jié)構(gòu)比較簡單，但是由于使用量大，工作可靠性要求高，對變電所、電廠的設(shè)計、建立和安全運行的影響均較大。隔離開關(guān)的主要特點是無滅弧能力，只能在沒有負(fù)荷電流的情況下分、合電路。詞條介紹了隔離開關(guān)的功能、特點、類型、應(yīng)用、防誤改進(jìn)、維護(hù)、常見問題等。

同步整流是采用通態(tài)電阻極低的專用功率MOSFET，來取代整流二極管以降低整流損耗的一項新技術(shù)。它能大大提高DC/DC變換器的效率并且不存在由肖特基勢壘電壓而造成的死區(qū)電壓。

同步整流的基本電路結(jié)構(gòu)功率MOSFET屬于電壓控制型器件，它在導(dǎo)通時的伏安特性呈線性關(guān)系。用功率MOSFET做整流器時，要求柵極電壓必須與被整流電壓的相位保持同步才能完成整流功能，故稱之為同步整流。DK5V45R25和DK100R20是鋰電池升壓輸出5V1A,2A的同步整流升壓經(jīng)典IC，F(xiàn)P6717，F(xiàn)P6716也是鋰電池升壓輸出5V3A，5V2A中的佼佼者。為什么要應(yīng)用同步整流技術(shù)電子技術(shù)的發(fā)展，使得電路的工作電壓越來越低、電流越來越大。低電壓工作有利于降低電路的整體功率消耗，但也給電源設(shè)計提出了新的難題。

同步整流開關(guān)電源的損耗主要由3部分組成：功率開關(guān)管的損耗，高頻變壓器的損耗，輸出端整流管的損耗。在低電壓、大電流輸出的情況下，整流二極管的導(dǎo)通壓降較高，輸出端整流管的損耗尤為突出?？旎謴?fù)二極管(FRD)或超快恢復(fù)二極管(SRD)可達(dá)1.0～1.2V，即使采用低壓降的肖特基二極管(SBD)，也會產(chǎn)生大約0.6V的壓降，這就導(dǎo)致整流損耗增大，電源效率降低。

在主PWM控制器位于初級側(cè)的低DC輸出電壓隔離型開關(guān)電源(SMPS)中，通常采用專門設(shè)計的MOSFET作為同步整流器(SR)。作為SR使用的MOSFET具有非常小的導(dǎo)通損耗，有助于提高系統(tǒng)效率。

在初級側(cè)控制的隔離SMPS拓?fù)渲?，由于在隔離變壓器次級側(cè)沒有PWM控制信號，故欲產(chǎn)生適當(dāng)?shù)腟R控制信號顯得比較困難。但是，可以從變壓器次級輸出獲得有關(guān)數(shù)據(jù)。由于電路寄生元件的存在，同步信號在從隔離變壓器輸出分離(withdrawn)時，相對于初級PWM信號會發(fā)生延遲，并且在不連續(xù)導(dǎo)通模式(DCM)狀態(tài)會出現(xiàn)振蕩。因此，為SR提供驅(qū)動的控制電路必須能避免發(fā)生錯誤的操作。

在初級側(cè)控制的隔離拓?fù)渲校瑸轵?qū)動SR需要適當(dāng)?shù)目刂齐娐?，以處理同步時鐘信號(clock)從隔離變壓器的輸出移開，解決驅(qū)動信號相對于時鐘輸入的定時等問題。若對SR控制不當(dāng)，在兩個器件之間會發(fā)生“跨越導(dǎo)通”(crossconduction)。同時，在隔離拓?fù)涞拇渭売捎谙鄬τ诔跫壷鏖_關(guān)(MOSFET)驅(qū)動信號的延遲，會在相關(guān)元件之間形成短路，發(fā)生“貫通”(shootthrough)現(xiàn)象。產(chǎn)生貫通的機理，具體取決于變換器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。

2同步整流器的數(shù)字控制方法

在用作產(chǎn)生SR驅(qū)動信號的方案中，首推數(shù)字控制方法。

21系統(tǒng)基本結(jié)構(gòu)

SR數(shù)字控制系統(tǒng)一般由振蕩器(OSC)、限定狀態(tài)機構(gòu)(FiniteStatesMachine，簡寫FSM)、兩個耦合的向上/向下(UP/DOWN)計數(shù)器和兩個控制輸出邏輯等單元電路所組成，系統(tǒng)框圖如圖1所示。

控制電路有3個輸入和2個輸出。其中，2個輸出為隔離變換器次級2只MOSFETs提供互補驅(qū)動信號，3個輸入包括1個時鐘信號和2個輸出的期望(anticipation)時間設(shè)定。不論是接通還是關(guān)斷，2個輸出OUT1和OUT2沒有任何交迭。開關(guān)頻率為fs的方波信號出現(xiàn)在時鐘輸入端，期望的定時通過外部有關(guān)

圖1同步整流器數(shù)字控制器組成方框圖

圖2OUT2預(yù)期時間產(chǎn)生波形

圖4在TS1>TS2時OUT2及相關(guān)波形

圖3OUT1預(yù)期時間產(chǎn)生波形

傳統(tǒng)的異步整流主要依賴于肖特基二極管，盡管其結(jié)構(gòu)簡單且價格相對較低，但在應(yīng)對追求效率以及小型化的PD快充中，二極管帶來的損耗影響了電源的整體效率。為了克服這一難題，同步整流技術(shù)應(yīng)運而生。其采用導(dǎo)阻更低的MOSFET來替代傳統(tǒng)的肖特基二極管，從而大幅降低了整流電路的損耗。不僅提高了電源的整體效率，還滿足了當(dāng)今高功率快充技術(shù)對于體積方面的嚴(yán)苛要求。

當(dāng)前，同步整流芯片在65W功率多口快充插座中的同樣有著廣泛應(yīng)用。通過采用同步整流技術(shù)，多口快充插座能夠?qū)崿F(xiàn)更高效、更穩(wěn)定的電壓轉(zhuǎn)換和傳輸，確保充電設(shè)備能夠為用戶提供更優(yōu)質(zhì)的產(chǎn)品使用體驗。

充電頭網(wǎng)整理了以往拆解過的65W多口快充插座，助力各位讀者了解以往在其應(yīng)用的同步整流芯片。文中出現(xiàn)的多款芯片如上表所示，下文小編將為您詳細(xì)介紹。

東科DK5V100R10M是一顆無外圍的同步整流芯片。芯片內(nèi)置100V耐壓，10mΩ導(dǎo)阻的同步整流管，可以大幅降低傳統(tǒng)肖特基二極管的導(dǎo)通損耗，直接替代肖特基二極管，提高電源的轉(zhuǎn)換效率，并改善EMI。

東科DK5V100R10M支持CCM/DCM/QR工作模式，內(nèi)置智能檢測，無需外接同步信號。芯片具備自供電技術(shù)，無需外圍元件，適用于USB PD快充，電源適配器和LED驅(qū)動電源，采用SM-10封裝。

曼科這款繽紛智充盒插座自帶1.5米長電源線，并具備兩個新國標(biāo)五孔插孔。插座側(cè)面設(shè)有2C1A接口，其中USB-C1接口支持65W輸出，USB-C2支持20W輸出，USB-A口支持18W快充，并且支持功率自動分配。插座側(cè)面還設(shè)有輕觸電源開關(guān)，用于AC供電控制。