基于IR1167的智能同步整流控制
引 言
隨著近年來數(shù)字處理電路電壓的不斷降低,電源功率密度的不斷提高,對(duì)于電源次級(jí)整流的要求越來越高。整流器件已從最初的肖特基二極管整流,發(fā)展到用同步整流開關(guān)管替代二極管,以降低功耗。目前,控制同步整流開關(guān)管的方法主要有分立式和基于鎖相環(huán)的控制芯片兩種。用分立元件實(shí)現(xiàn)同步整流的缺點(diǎn)是響應(yīng)過慢,系統(tǒng)可靠性相對(duì)差。單芯片同步整流是基于鎖相環(huán)技術(shù)的,從初級(jí)取信號(hào)同步控制次級(jí)整流開關(guān)管,這種方法的缺點(diǎn)是不能保證在間隔模式(輕載或空載時(shí)發(fā)生)下可靠操作。
智能同步整流(smartrectifier )技術(shù)相對(duì)這兩種方法有明顯的優(yōu)勢(shì),它檢測(cè)的是次級(jí)開關(guān)管電壓,完全不依賴初級(jí)信號(hào),并且響應(yīng)很快。
同步整流
以一個(gè)6a/5v的反激型電路為例。如圖1所示,左圖為使用二級(jí)管作為次級(jí)整流器件,右圖為使用同步整流開關(guān)管作為整流器件。兩種方式的器件壓降、功耗和器件體積如表1所示。
可見,在同樣的輸出電流條件下,相對(duì)于二極管整流,開關(guān)管具有較小的導(dǎo)通壓降,使得功耗明顯減小。由于散熱減少,器件體積也明顯減小,這就極大地提高了功率密度。對(duì)于越大的電流輸出,利用開關(guān)管作為輸出次級(jí)整流器件就越有優(yōu)勢(shì)。然而,目前驅(qū)動(dòng)同步整流開關(guān)管需要相對(duì)復(fù)雜的線路。最常見的方法有分立式自驅(qū)動(dòng)和單芯片鎖相環(huán)兩種。
第一種方法的性能往往不是很好,原因是同步整流開關(guān)管的寄生二極管導(dǎo)通時(shí)間很長(zhǎng), 另一個(gè)原因是柵極驅(qū)動(dòng)電壓是變化的。為了控制柵極驅(qū)動(dòng)信號(hào)以防止它們?cè)谇袚Q過程中出現(xiàn)同時(shí)導(dǎo)通的現(xiàn)象,必須采用特殊的電路,例如在副邊使用pwm控制器 ,或者使用耦合器件把切換信息從原邊傳送到副邊。這增加了電源轉(zhuǎn)換器的復(fù)雜程度。通常利用兩個(gè)電流傳感器,兩個(gè)高速比較器和兩個(gè)大電流、低延時(shí)的驅(qū)動(dòng)器,響應(yīng)慢,可靠性低。
單芯片鎖相環(huán)驅(qū)動(dòng)方法利用初級(jí)關(guān)斷時(shí)在次級(jí)產(chǎn)生的電壓信號(hào)開啟同步整流開關(guān)管。這種方法需要較多的外圍元器件。當(dāng)電路進(jìn)入間隔模式,次級(jí)整流實(shí)際上并不與初級(jí)信號(hào)同步,這樣芯片只能采用邏輯方法禁止輸出,從而無(wú)法控制同步整流開關(guān)管,仍然依靠開關(guān)管寄生二極管整流。
智能同步整流原理
ir1167芯片中通過檢測(cè)整流開關(guān)管的漏源電壓,與三個(gè)內(nèi)部闕值電平(參見圖3)vth1 、vth2 和vth3比較,選擇合適時(shí)機(jī),讓同步整流開關(guān)管開通和關(guān)斷。
開通同步整流開關(guān)管
ir1167的應(yīng)用如圖2所示,以單端反激型電路斷續(xù)模式為例。當(dāng)初級(jí)開關(guān)關(guān)斷后,電流轉(zhuǎn)移到次級(jí)的同步整流開關(guān)管的寄生二極管（此時(shí)開關(guān)管尚未開通）,如圖4所示id_sec,這將產(chǎn)生一個(gè)較高的負(fù)向vds_sec電壓（遠(yuǎn)高于因電流流過導(dǎo)通電阻產(chǎn)生的壓降）。此負(fù)向電壓將會(huì)達(dá)到ir1167開通比較電平闕值vth2,使同步整流開關(guān)管開通,電流流過開關(guān)管導(dǎo)通溝道,vds壓降下降。伴隨這個(gè)壓降下降過程的是一些電壓抖動(dòng),這可能使得開關(guān)管 vds 下降到vth1,使開關(guān)管再次關(guān)斷。所以,ir1167芯片加入最小導(dǎo)通時(shí)間來防止誤關(guān)斷。這個(gè)最小導(dǎo)通時(shí)間可通過一個(gè)外部電阻設(shè)定。
同時(shí),這個(gè)可編程的最小導(dǎo)通時(shí)間（mot）限制了次級(jí)最小占空比,相當(dāng)于限制了初級(jí)的最大占空比。
