隔离开关电源同步整流器数字控制与驱动技术介绍

隔离开关电源同步整流器数字控制与驱动技术介绍

2）TS1

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元器件应用

图5在TS1<TS2时OUT2及相关波形

       关波形如图5所示。在此情况下，OUT2发生提前关断。MOSFET体二极管的导通时间恰为一个周期，效率损失非常小。

3）TS1232占空比发生变化

       对于输出OUT1，当接通时间tON发生变化时，可能会出现两种不同的情况：

       1）tON1>tON2当第1个开关周期的接通时间tON1大于第2个开关周期的接通时间tON2时，时钟输入、内部时钟和输出OUT1波形定时图如图7所示。在此情况下，OUT1的关断被延时，相对于时钟输入没有提前，总是在时钟输入的下降沿上即时截止。

       2）tON1上述的方法通过对前一个周期的测量来确定下一个周期的动作，履行逐周控制。预期关断同步整流器MOSFET的内部时钟脉冲总数是X1或X2。内部振荡器频率（fi）越高，预期时间精度也就越高。

3STSRx系列智能驱动器ICs

       STSRx系列IC是ST公司为驱动隔离SMPS中的同步整流器而专门设计的器件。该系列ICs的时钟信号从隔离变压器的次级输出获取，为驱动用作SR的1只或2只MOSFETs，输出适当的控制信号。

31STSR2

       STSR2用作驱动单端正向拓扑中的两个同步整流器。该IC包含前面所叙述的控制系统，内置两个大电流N沟道MOSFET驱动器和一个时钟缓冲器等单元电路。STSR2的引脚名称及其应用电路如图9所示。

STSR2的引脚功能如下：

VCC电源电压，范围为4.5～5.5V；

PWRGND和SGLGND分别为功率信号和控制逻辑信号的参考端；

CLOCK同步信号输入；

OUTGATE1/22个大电流互补输出。由于IC自身产生死区时间，在两个开通时间之间不存在任何交迭；

SETANT2为OUTGATE2设定预期截止时间（有4种不同的期望时间可供选择）；

       INHIBIT当该脚输入高于非常低的一个门限电压时，OUTGATE2使能。在正向变换器应用中，迫使OUTGATE2的接通时间减至最小。

32STSR3

       STSR3是为驱动在回扫式拓扑中的一个SR而专门设计的控制IC，其引脚名称（符号）及应用电路如图10所示。STSR3与STSR2比较，主要区别是STSR3仅有一个大电流栅极驱动输入（OUTGATE）。

33STSR4

       STSR4是指定用于驱动推挽、半桥或全桥式双端输出拓扑结构中SR的控制IC。该器件的典型应用电路如图11所示。STSR4含有两个大电流N沟道MOSFETs驱动器输出，同时有两个时钟输入（CLOCK1和CLOCK2），分别接收来自隔离变压器次级绕组上的时钟信号。

       STSR2、STSR3和STSR4在不同类型的隔离式拓扑结构应用中，都是从变压器的次级输出获得时钟信号，对作为SR使用的一只或两只MOSFETs产生恰当的栅极驱动信号，完全解决了在控制SR中易于出现的全部问题，有效地提高了系统稳定性和可靠性。

4结语

       在隔离SMPS拓扑中，用于驱动SR的数字控制/驱动技术，相对于需要附加磁复位技术的所谓“自驱动同步整流”方法来说，具有许多优点。数字控制方法主PWM控制器在初级侧的SMPS隔离拓扑中，为利用直接来自于变压器次级输出的同步数据提供了便利。数字控制方法所提供的驱动信号数值，总是能与MOSFETs的栅极范围相一致，可使MOSFETs体二极管的导通时间尽可能短。通过采用一些附加技术，能允许变换器在DCM操作。采用数字方法，有效地解决了被认为与SR驱动信号产生有关的“跨越导通”和“贯通”等关键问题。

       采用带有较少引脚的STSRx系列ICs，可使SR数字控制电路大为简化。对于ICs外部元件，其中包括SETANT脚外部用作设定预期时间的电阻，在精度和温度特性等方面没有严格的要求。STSRx系列ICs，对于来自变换器开关频率和占空比的突然变化，具有快速瞬态响应特性。

       所有其它有关SR控制的技术，如模拟控制方法等都存在不少缺点。其控制电路中的很多元件，诸如电容器等，要求具有严格的容差和稳定性。而利用锁相环（PLL）技术，也需要大量元件，且同步器件带有较多的引脚。另外这种控制方法，对于开关频率和占空比的扰动，瞬态响应速度也相对比较慢。

       STSRx系列ICs的推出，为SMPS隔离拓扑中同步整流器的控制与驱动，提供了有效的手段和便利。（责编：damon）