溫室效應(yīng)和日漸枯竭的地球資源使得功率電路設(shè)計中的節(jié)能要求變得越來越重要。設(shè)計人員正在尋求效率更高、功耗更低的解決方案，以期減少不必要的能量損失。利用諧振電感和諧振電容的LLC 諧振轉(zhuǎn)換器，使用零電壓開關(guān)(ZVS)或零電流開關(guān)(ZCS)可獲得更加高效的解決方案。雖然LLC諧振轉(zhuǎn)換器具有更高的效率，采用不連續(xù)模式(DCM)或臨界導(dǎo)通模式(BCM)工作的次級端MOSFET的電流可能引起功率損耗。本文將討論如何使用次級端同步整流器電路來降低功率損耗，探討使用次級端電流使MOSFET同步導(dǎo)通和關(guān)斷的控制方法，以及使用LLC初級端柵極信號來控制MOSFET的電壓和導(dǎo)通時間的方法。

I. 前言：半橋LLC轉(zhuǎn)換器

為了獲得更高的功效，與200W到800W雙管正激轉(zhuǎn)換器相比，LLC諧振轉(zhuǎn)換器的初級端MOSFET能夠輕易達到零電壓開關(guān)(ZVS)，以期節(jié)省能量，并且獲得更高的效率。此外，LLC諧振轉(zhuǎn)換器使用獨特的部件，能夠省略次級端的儲能電感，優(yōu)于雙管正激轉(zhuǎn)換器的方案，并減小在印刷電路板上的占位面積。由于LLC諧振轉(zhuǎn)換器的特性，將會以臨界導(dǎo)通模式(BCM)或不連續(xù)模式(DCM)處理次級端電流，電流峰值將會大于雙管正激轉(zhuǎn)換器的電流峰值。下面將介紹幾種使用不同的檢測信號來控制MOSFET導(dǎo)通和關(guān)斷的方法。

II. 同步整流器控制方法的分析

在LLC諧振轉(zhuǎn)換器控制次級端整流器時，尤其是在關(guān)斷的過程中，MOSFET導(dǎo)通和關(guān)斷的控制定時是非常重要的。我們可以使用檢測LLC諧振轉(zhuǎn)換器初級端或次級端的電流或電壓信號的方式，來確定MOSFET導(dǎo)通的區(qū)域。圖1為LLC轉(zhuǎn)換器的同步整流電路圖。我們使用所示的電壓和電流符號，介紹四種在次級端同步整流器關(guān)斷過程中控制MOSFET的方法。

圖1. LLC轉(zhuǎn)換器的同步整流器電路圖

1. 檢測次級端電流(IDS1和IDS2)

通過檢測MOSFET的電流，可利用次級端同步整流器來控制MOSFET導(dǎo)通和關(guān)斷的時間，如圖2和3所示。由于需要檢測IDS1和IDS2，需要增加一個電流互感器(Current Transformer, CT)，從MOSFET信號中獲取控制信息。與初級端電流相比，次級端電流要大些，所以電流互感器的匝數(shù)比很大。最后，設(shè)計人員可以使用電阻將分離的電流信號變換成電壓信號，并將其發(fā)送至邏輯電路來控制MOSFET器件。

圖2所示為使用兩個電流互感器來檢測電流信號，圖3所示為使用一個電流互感器來檢測電流信號的情況，在這個設(shè)計中，電路布局受到更多的限制，但是省去了一個電流互感器并且節(jié)省了線路板面積。

圖2. 使用雙電流互感器檢測同步整流器電流

圖3. 使用單一電流互感器檢測同步整流器電流

圖4所示為每個相位的情況，該相位使用由電流互感器的檢測電流轉(zhuǎn)換而來的電壓，以便控制MOSFET波形和GATE信號。設(shè)定的電平用作控制MOSFET導(dǎo)通和關(guān)斷的基點。圖5所示為一個電流互感器檢測到電流后的兩個相位，轉(zhuǎn)換成電壓以確定MOSFET導(dǎo)通和關(guān)斷的波形。我們觀察到電流互感器檢測到的波形是交流信號VXN，并且具有一個不同的輸出負載波形。在輕負載下，次級端電流集中在開關(guān)周期的終端，所以，控制MOSFET的GATE打開信號的時間會更短。如果輸出電流繼續(xù)降低，電流互感器檢測到的電流將會減小，我們可以使用檢測到的電平來確定在輕負載或無負載情況下關(guān)斷同步整流器的時間。