反激变换器副边同步整流控制器STSR3应用电路详解(1)
路图,用这种电路不存在关断尖峰和脚CK最高电压的问题。由于同步整流器的漏极电压出现振铃,故该电路不能在非连续状态下正常工作。
通过增设一只NPN晶体管接在脚CK与脚SGLGND之间,如图9所示,用一只二极管和拉住电阻器去同步STSR3的关断电路,用Q1和R2接法来等效于电阻分压器电路,可以容易地关断STSR3。当图9中信号“OFF”为高电平时,该三极管导通,迫使脚CK降到地电平。在这种条件下,OUTGATE脚将变为低电平状态,从而关断同步MOSFET开关管。
2.4非连续导通模式
正如前面图5所示,在非连续模式工作状态下,当检测原边开关转换信号时,可能会存在一些问题。芯片内部的峰值检波器,只能确定脚CK达到的峰值,而忽略其他所有较低值的信号。查看图5可知,应确保开关转换波形与正弦波之间最小的电压差为V1=400mV时,也能让峰值检波器正常地工作。正像前面的叙述中提到的,如果输入电压可变范围大于1:2,那么就必须增加二极管D1,来箝位脚CK上的电压。在这种条件下,无论是开关转换波形,还是正弦波形都被箝位,使峰值检波器不能正确工作,则易产生如图10所示STSR3错误触发时的驱动脉冲波形。这时若采用一个如图11中所示的外部峰值检波器电路,就能解决问题,使芯片在连续或非连续模式下均能正确工作。
2.5外部峰值检测器
当输入电压可变范围高于1:2时,可用图11外峰值钟检测器,取代前面图7中电路,以保证STSR3在非连续或连续导通模式下均正确工作,它向脚CK供纯净的矩形波。
R20是一只拉住电阻器,当同步整流MOSFET导通或者它的体二极管导通时,图11中V1电压值是低电平。当MOSFET截止时(对应于原边的开关时间),电压V1在5V值。图11中的R22和C10构成一个低通滤波器,甚至当振铃脉冲几乎为零值时(见图12中波形),它也能具备正确的同步信号。但是,R22和C10又会引起不希望的延迟时间,所以,再增加R21和C9组合电路,就能在快速开关转换时减小该延迟。ST公司的逻辑器件74V1T70可消除噪声,防止它误触发STSR3内部的峰值检波器。在后面的叙述中会给出该电路的建议值。
2.6禁止工作电路
在二极管整流与同步整流之间存在着一种差异,即MOSFET导通时电流可能双向流动,而二极管导通时电流只呈单方向。在非连续模式用二极管整流时,当电感器的电流降到零值,它也不能反向流动,若用MOSFET做整流器,当电感电流降到零,它将继续减小变为负值,并从同步MOSFET漏极流向源极。在这种条件下,变换器好像就工作在连续模式。
若需工作在非连续模式,则当电感电流为零时,同步MOSFET应截止,故体二极管作共用整流器,避免电感电流反向。当该电流接近0时,脚INHIBIT能关断同步MOS,使变换器工作在非连续模式。
芯片在脚INHIBIT的内部接了一个门限电平为-25mV的比较器。该脚外部通过一只电阻器接到同步MOSFET的漏极。在开始截止时间(此时CK处于低电平),OUTGATE处于高电平。INHIBIT电压的监控时间为250ns:如果脚INHIBIT上的电压高于-25mV,那么OUTGATE变为低电平;如果脚INHIBIT电压低于-25mV,那么OUTGATE保持高电平,直到其电压达到-25mV为止。这是由于当同步MOSFET导通时,其漏极上电压为VDS=-RDS(ON)×ID。如果VDS高于-25mV,这就意味电流在减小,并且接近非连续模式,所以OUTGATE关断,让MOSFET的体二极管工作,见图13。当变换器在连续模式时,脚INHIBIT电压总是低于-25mV,则OUTGATE保持高电平。
在原边MOSFET转换到关断期间,脚INHIBIT电压应在250ns之内从高降到-25mV。选择R26阻值应适合该特性。当变换器与其他电源并联工作时,脚INHIBIT检测同步MOSFET两端电压,也避免变换器从输出端吸入电流。
虽然脚INHIBIT允许工作在非连续模式,但是在原边开关管关断期间,-25mV门限电平对同步整流MOSFET漏极出现的振铃,可能是敏感的,会引起不完全的OUTGATE导通。利用时钟信号提供负极性电压加到脚INHIBIT起消隐时间作用,就能避免这一不恰当的情况。采用图14中所示的一些元器件,可容易地产生该负极性电压。消隐时间值由C11和R25确定。它对覆盖振铃时间结束是必要的,图15中的振铃信号由原边开关截止时引起。(待续)
《反激变换器副边同步整流控制器STSR3应用电路详解(1)(第2页)》
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通过增设一只NPN晶体管接在脚CK与脚SGLGND之间,如图9所示,用一只二极管和拉住电阻器去同步STSR3的关断电路,用Q1和R2接法来等效于电阻分压器电路,可以容易地关断STSR3。当图9中信号“OFF”为高电平时,该三极管导通,迫使脚CK降到地电平。在这种条件下,OUTGATE脚将变为低电平状态,从而关断同步MOSFET开关管。
2.4非连续导通模式
正如前面图5所示,在非连续模式工作状态下,当检测原边开关转换信号时,可能会存在一些问题。芯片内部的峰值检波器,只能确定脚CK达到的峰值,而忽略其他所有较低值的信号。查看图5可知,应确保开关转换波形与正弦波之间最小的电压差为V1=400mV时,也能让峰值检波器正常地工作。正像前面的叙述中提到的,如果输入电压可变范围大于1:2,那么就必须增加二极管D1,来箝位脚CK上的电压。在这种条件下,无论是开关转换波形,还是正弦波形都被箝位,使峰值检波器不能正确工作,则易产生如图10所示STSR3错误触发时的驱动脉冲波形。这时若采用一个如图11中所示的外部峰值检波器电路,就能解决问题,使芯片在连续或非连续模式下均能正确工作。
2.5外部峰值检测器
当输入电压可变范围高于1:2时,可用图11外峰值钟检测器,取代前面图7中电路,以保证STSR3在非连续或连续导通模式下均正确工作,它向脚CK供纯净的矩形波。
R20是一只拉住电阻器,当同步整流MOSFET导通或者它的体二极管导通时,图11中V1电压值是低电平。当MOSFET截止时(对应于原边的开关时间),电压V1在5V值。图11中的R22和C10构成一个低通滤波器,甚至当振铃脉冲几乎为零值时(见图12中波形),它也能具备正确的同步信号。但是,R22和C10又会引起不希望的延迟时间,所以,再增加R21和C9组合电路,就能在快速开关转换时减小该延迟。ST公司的逻辑器件74V1T70可消除噪声,防止它误触发STSR3内部的峰值检波器。在后面的叙述中会给出该电路的建议值。
2.6禁止工作电路
在二极管整流与同步整流之间存在着一种差异,即MOSFET导通时电流可能双向流动,而二极管导通时电流只呈单方向。在非连续模式用二极管整流时,当电感器的电流降到零值,它也不能反向流动,若用MOSFET做整流器,当电感电流降到零,它将继续减小变为负值,并从同步MOSFET漏极流向源极。在这种条件下,变换器好像就工作在连续模式。
若需工作在非连续模式,则当电感电流为零时,同步MOSFET应截止,故体二极管作共用整流器,避免电感电流反向。当该电流接近0时,脚INHIBIT能关断同步MOS,使变换器工作在非连续模式。
芯片在脚INHIBIT的内部接了一个门限电平为-25mV的比较器。该脚外部通过一只电阻器接到同步MOSFET的漏极。在开始截止时间(此时CK处于低电平),OUTGATE处于高电平。INHIBIT电压的监控时间为250ns:如果脚INHIBIT上的电压高于-25mV,那么OUTGATE变为低电平;如果脚INHIBIT电压低于-25mV,那么OUTGATE保持高电平,直到其电压达到-25mV为止。这是由于当同步MOSFET导通时,其漏极上电压为VDS=-RDS(ON)×ID。如果VDS高于-25mV,这就意味电流在减小,并且接近非连续模式,所以OUTGATE关断,让MOSFET的体二极管工作,见图13。当变换器在连续模式时,脚INHIBIT电压总是低于-25mV,则OUTGATE保持高电平。
在原边MOSFET转换到关断期间,脚INHIBIT电压应在250ns之内从高降到-25mV。选择R26阻值应适合该特性。当变换器与其他电源并联工作时,脚INHIBIT检测同步MOSFET两端电压,也避免变换器从输出端吸入电流。
虽然脚INHIBIT允许工作在非连续模式,但是在原边开关管关断期间,-25mV门限电平对同步整流MOSFET漏极出现的振铃,可能是敏感的,会引起不完全的OUTGATE导通。利用时钟信号提供负极性电压加到脚INHIBIT起消隐时间作用,就能避免这一不恰当的情况。采用图14中所示的一些元器件,可容易地产生该负极性电压。消隐时间值由C11和R25确定。它对覆盖振铃时间结束是必要的,图15中的振铃信号由原边开关截止时引起。(待续)
《反激变换器副边同步整流控制器STSR3应用电路详解(1)(第2页)》