提高可靠性和電源能效都對現代電源系統設計至關重要。因此,需要適當建立非常高效的機制,以便在發生運行問題時能夠迅速因應。工程師需要充份注意的一個問題是同步整流電流反向。以下將討論如何解決這個問題。

在過去的幾年裡,LLC諧振拓撲在電源系統設計中更加普及。主要是因為它與其他形式的硬開關拓墣(如返馳式和正向拓墣)相比,具有降低開關損耗和提高整體能效的固有能力。必須承認,這些都是對議程上節能預算很高的應用極其重要的標準。適用於各類電子產品和設備,無論是企業通訊、工業還是消費領域,無論動機是降低運行成本還是遵守立法準則(現在越來越有可能將是這些面向的混合)。例如,隨著雲端伺服器和資料中心預期的巨大成長(受物聯網和巨量資料等現象驅動),即使是小幅提高電源轉換能效也能節省數十萬(甚至可能是數百萬)美元。

時序可影響到系統的總能效,然而,同步整流電流反向對程式有不利影響,也對敏感元件不利。當LLC電源系統處於重載條件下,整合到每個同步整流MOSFET中的本體二極體可在初級端完成開關後開始直接運行。相反地,當系統處於輕載,諧振電容電壓幅值不是特別大,因此變壓器的磁化電感電壓(反而)相當小。次級端同步整流本體二極體導通因此滯後,直到磁化電感電壓積聚足夠。

由寄生效應引起的電容電流突波來自於MOSFET的輸出電容器。它們的存在可能導致MOSFET在輕載條件下被過早啟動(儘管本體二極體導通延遲)。從而導致反向電流將從輸出電容返回到同步整流器——降低電容器上儲存的能量,並影響過程中的能效水準。應該採取預防措施來防止這樣的情況,讓寄生效應不會引發同步整流和意外的反向電流。要做到這一點,需要對系統的時序徹底檢查。

據估計,在大多數情況下,使用同步整流系統結合這種功能將提升0.5%至1%的能效。最初,這效益似乎很小;然而,在已經以96%以上的能效運行的LLC系統級,這樣的能效提升非常有利。例如,如果我們部署耗電量大的雲端伺服器,消耗達幾千瓦功率,那麼減少的日常運行成本會相當可觀。此外,與相應的熱管理有關的資金和營運費用也將獲得明顯控制,因為提高能效將導致散熱相應減少。還將有助於節省寶貴的PCB空間,在元件配置緊密的應用中,PCB空間非常寶貴。

先進的元件規格,以及針對現代LLC諧振轉換器拓墣的最佳化,具有防止電流反向所需的功能,有助於工程師進一步提高電源系統能效基準。這樣就可以避免由反向電流引起的功率損耗,而且長期的系統可靠性也會有所改進。

利用開發出的專有電容電流峰值檢測演算法,安森美半導體能夠提供先進的驅動控制器IC,能夠解決上述同步整流電路中的電容電流突波問題。FAN6248可以增加導通延遲從系統滿載運行時的80奈秒(ns)到輕載時的380ns。這意味著,同步整流(SR)的誤觸發訊號,僅在電容電流突波發生後具有漏檢測電壓的寄生振盪的週期,如果週期小於380ns,將忽略SR誤觸發訊號。此外,FAN6248有一對獨立的100伏(V)額定感測輸入。透過這些,可以精準確定兩個同步整流MOSFET上的漏極和源極電壓。

圖1所示為當電容電流突波發生時如何防止SR誤觸發的細節。透過增加與系統要求相匹配的導通延時,從而忽略電容電流突波引起的導通觸發,和確保不產生反向電流條件。

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  • FAN6248在輕負載條件下預防SR誤觸發*

透過這種獨特的技術開發,可以避免同步整流器誤觸發。從而使得電流反向事件不會對系統運行能效產生任何影響,而且組成的硬體不會處於危險之中。