4. 使用LLC諧振轉(zhuǎn)換器初級(jí)端柵極信號(hào)的同步控制

使用LLC諧振轉(zhuǎn)換器初級(jí)端柵極信號(hào)的同步控制是最直接的控制方法。使用由初級(jí)高側(cè)和低側(cè)信號(hào)計(jì)算而來的GATE信號(hào)，并將結(jié)果提供給次級(jí)端，控制相應(yīng)的次級(jí)端MOSFET的導(dǎo)通和關(guān)斷。如圖8所示，處理高側(cè)和低側(cè)的額外信號(hào)后，使用邏輯電路發(fā)送信號(hào)來控制次級(jí)端的MOSFET。注意，VHG和VLG的信號(hào)不能直接從計(jì)算導(dǎo)出，最有效的方法是使用LLC的信號(hào)來生成VHG和VLG信號(hào)，控制初級(jí)端的MOSFET。因?yàn)樵诖蠖鄶?shù)情況下，相應(yīng)的次級(jí)端MOSFET需要早于初級(jí)端MOSFET關(guān)斷，原始的LLC控制信號(hào)不能直接驅(qū)動(dòng)MOSFET，必須發(fā)送一個(gè)新信號(hào)。

圖8. 使用初級(jí)端LLC信號(hào)控制同步整流器電路

使用這種檢測(cè)方法時(shí)必須滿足兩點(diǎn)要求：

A. 當(dāng)在II區(qū)域中使用LLC時(shí)，由于可能出現(xiàn)諧振電流IL低于磁性電流IM，這會(huì)使IP為零并且造成初級(jí)端和次級(jí)端的去耦合。去耦合的主要條件是次級(jí)端二極管關(guān)斷。所以，如果要改變同步整流器電路，需要在這一時(shí)間間隔內(nèi)關(guān)斷MOSFET。我們無法通過監(jiān)測(cè)初級(jí)端LLC控制的信號(hào)來了解該現(xiàn)象何時(shí)出現(xiàn)，所以必須添加功能，早些關(guān)斷SR，以阻止電流反向。

B. 當(dāng)LLC系統(tǒng)工作于I區(qū)域時(shí)，從圖9我們能夠找出初級(jí)端GATE信號(hào)與次級(jí)端電流的關(guān)系。當(dāng)?shù)蛡?cè)MOSFET關(guān)斷時(shí)，次級(jí)端的相應(yīng)電流還沒有降到零，所以，雖然次級(jí)端沒有出現(xiàn)相位立即改變的情況，但會(huì)發(fā)生相位置換的情況。工作于I區(qū)域的現(xiàn)象和相位置換時(shí)間的長(zhǎng)度將會(huì)伴隨過載的交換。因此，當(dāng)使用初級(jí)端信號(hào)來控制同步整流器時(shí)，設(shè)計(jì)人員應(yīng)增加功能，以推遲同步整流(SR)的導(dǎo)通和關(guān)斷。這樣會(huì)確保這種情況不會(huì)發(fā)生并且能夠防止同步整流器受到初級(jí)端諧振電流的損壞。圖10所示為正常工作的同步整流器波形。

圖9. 次級(jí)端和初級(jí)端LLC信號(hào)的繞組電壓波形

圖10. 同步整流器波形和初級(jí)端LLC信號(hào)

III.結(jié)論

最后，表1給出了四種檢測(cè)方法。從邏輯上講，當(dāng)MOSFET導(dǎo)通時(shí)，就控制而言，檢測(cè)電流會(huì)比檢測(cè)VDET容易。最復(fù)雜的方法是與LLC信號(hào)同步，這要求增加功能，以改善I區(qū)域和II區(qū)域的情況。檢測(cè)電流需要使用電流互感器(CT)，而使用初級(jí)端LLC的信號(hào)則需要電壓互感器(PT)。因此，各種因素更加難以控制。在布局設(shè)計(jì)過程中，設(shè)計(jì)人員在確定電流互感器的電流檢測(cè)方法以及MOSFET非常精確的RDSON電壓時(shí)必需非常仔細(xì)。因?yàn)闄z測(cè)到的RDSON電壓大約為1mV至10mV，所以更易受到干擾。采用通過PT發(fā)送同步信號(hào)的初級(jí)端LLC信號(hào)方式，要求設(shè)計(jì)人員考慮噪聲問題。

如果同步整流器死區(qū)時(shí)間受到布局和已降低噪聲的影響，檢測(cè)RDSON電壓的方法可以使得變化最小。由于交換頻率的差異，檢測(cè)VDET所需的時(shí)間將改變同步整流器的死區(qū)時(shí)間。從安全方面考慮，該功能時(shí)間是最長(zhǎng)的。與LLC信號(hào)同步的方法將根據(jù)I區(qū)域相位移動(dòng)的改善程度來確定同步整流器的死區(qū)時(shí)間。高效設(shè)計(jì)的最終考慮因素表明同步整流器的死區(qū)時(shí)間越短，其工作效率越高。因?yàn)樵黾与娏骰ジ衅鱽頇z測(cè)電流會(huì)增加損耗，其效率將會(huì)低于檢測(cè)VDET時(shí)間的方法。因此，在設(shè)計(jì)過程中，我們可以選擇合適的檢測(cè)和控制功效的方法。

表1. 次級(jí)端繞組電壓波形和初級(jí)端LLC信號(hào)