智能同步整流控制器NCP4318为LLC谐振转换器带来更高能效和可靠性
时间：2021-08-19 15:18:11
[导读]点击蓝字 关注我们在电源设计中，为提高能效，通常采用同步整流，即用MOSFET取代二极管整流器，从而降低整流器两端压降和导通损耗，实现更高的系统能效。然而，传统的同步整流在用于LLC谐振转换器时，会有不少的技术挑战，如：由于杂散电感造成同步整流过早的关断，导通损耗增加由于不同工作...
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在电源设计中，为提高能效，通常采用同步整流，即用MOSFET取代二极管整流器，从而降低整流器两端压降和导通损耗，实现更高的系统能效。
然而，传统的同步整流在用于LLC谐振转换器时，会有不少的技术挑战，如：由于杂散电感造成同步整流过早的关断，导通损耗增加由于不同工作频率造成最小导通时间设置的困难轻载条件下由于电容电流尖峰导致同步整流电流反向，最终对系统产生不良影响
安森美新推出的双通道同步整流控制器NCP4318，完美地解决上述问题的挑战，较前代FAN6248更进一步优化性能，适用于高能效服务器电源、网络和电信电源、液晶电视及显示器电源、高功率密度适配器、游戏机等的LLC谐振电源转换器之应用。
1传统的同步整流用于LLC谐振转换器的技术挑战
同步整流控制器按关断方式分类有瞬时漏极电压类型、预测类型、漏极电压调节类型、含死区调节的混合控制类型。
传统的同步整流控制大多采用瞬时漏极电压类型，这种类型在负载瞬态期间安全运行。但杂散电感会产生正偏移VLS 导致同步整流过早的关断，固定的关断临界值电压导致本体二极管导通时间较长，增加导通损耗，能效降低。因此，需要自动调节的关断临界值电压以维持较小的死区时间。
预测类型同步整流无需精确的漏极电压检测，因而不受杂散电感影响，在杂散电感较大的系统中提供更高能效。但输出负载的瞬间变小時会导致在LLC谐振转换器中的频率瞬间增加，一旦关断延迟，就会产生反向电流和漏极电压突波。
漏极电压调节类型，当同步整流电流减小时将会自动调整Vgs 來增加导通电阻RDS_ON以维持Vds 在关断临界值，虽然比由杂散电感导致的过早关断要好，但较低的VGS导致产生更高的导通损耗。
混合控制类型解决上述挑战，但在轻载条件下，由于较低的漏极斜坡使死区时间变化较大，可能引起系统不稳定，可采用迟滞带死区时间调节控制解决这问题。当初级侧 LLC 控制器 VDD 关断和交流电关断时，最小导通时间功能防止快速关断，但会产生负电流和巨大的 VDS 尖峰，因此需要有精密的保护功能如初级侧关断、同步整流反向电流检测、漏极异常检测。
NCP4318使用瞬时漏极电压和前一周期的死区时间信息，用于LLC谐振实现更高能效，外部元器件极少。自适应死区时间控制可以抵补寄生电感电压，以最大化同步整流 MOSFET 能效。多阶段关断临界值控制和同步整流电流反向检测功能可防止快速负载瞬变期间的反向电流，并使同步整流在整个负载范围内稳定运行。
2NCP4318的关键特性
NCP4318采用混合模式同步整流关断控制，具有反向电流保护特性，确保可靠的同步整流，每个同步整流 MOSFET都有专用的200 V额定漏极检测和专用源极检测引脚，迟滞带死区时间调节控制有助于最小化本体二极管导通时间和最大化能效。轻载时当电容电流足以预先导通MOSFET时，NCP4318检测到同步整流器的电流反向。通过增加在轻载条件下的导通延迟，可避免这样的运行模式，提供安全、稳定和高效的工作，避免漏极电压突波。
NCP4318有一个自调节最小导通时间电路，以更好地抗噪。同步整流1~3阶式门(闸)极导通电压与软启动脉冲数控制。它可根据负载条件、工作频率和温度自调节门电压控制 (10 V, 6 V, 5 V)，从而提高轻载条件和高频工作下的能效。精密的保护功能如初级端关断、漏极检测异常保护等实现更高的可靠性。节能模式下的工作电流低，典型值100 uA。6 V门输出电压的软启动确保稳定的启动。具有30 ns的极快导通和关断延迟时间，强大的电流能力，源电流/灌电流为1.5 A/4.5 A。宽工作电压范围6.5 V至35 V。工作频率范围22 kHz到500 kHz。
图1所示为NCP4318的典型应用电路，在初级端有一个LLC控制器。在次级端，配置非常简单，包含一个NCP4318控制器和2个外置电阻，在噪声严重的系统中可能需要再添加2个电容。因此，NCP4318是个高度集成的控制器，需要最少的外部元件。
图1：NCP4318的典型应用电路
3NCP4318的3个版本
4能效测试
我们对NCP4318和竞争对手的同类器件进行了能效对比测试，其中Vin=390 Vdc，可看到从轻载到重载，NCP4318的能效都是极高的，最高时约97%。
图2：NCP4318提供高能效
微信号：onsemi-china安森美 (onsemi)智能技术，美好未来
在电源设计中，为提高能效，通常采用同步整流，即用MOSFET取代二极管整流器，从而降低整流器两端压降和导通损耗，实现更高的系统能效。
然而，传统的同步整流在用于LLC谐振转换器时，会有不少的技术挑战，如：由于杂散电感造成同步整流过早的关断，导通损耗增加由于不同工作频率造成最小导通时间设置的困难轻载条件下由于电容电流尖峰导致同步整流电流反向，最终对系统产生不良影响
安森美新推出的双通道同步整流控制器NCP4318，完美地解决上述问题的挑战，较前代FAN6248更进一步优化性能，适用于高能效服务器电源、网络和电信电源、液晶电视及显示器电源、高功率密度适配器、游戏机等的LLC谐振电源转换器之应用。
1传统的同步整流用于LLC谐振转换器的技术挑战
同步整流控制器按关断方式分类有瞬时漏极电压类型、预测类型、漏极电压调节类型、含死区调节的混合控制类型。
传统的同步整流控制大多采用瞬时漏极电压类型，这种类型在负载瞬态期间安全运行。但杂散电感会产生正偏移VLS 导致同步整流过早的关断，固定的关断临界值电压导致本体二极管导通时间较长，增加导通损耗，能效降低。因此，需要自动调节的关断临界值电压以维持较小的死区时间。
预测类型同步整流无需精确的漏极电压检测，因而不受杂散电感影响，在杂散电感较大的系统中提供更高能效。但输出负载的瞬间变小時会导致在LLC谐振转换器中的频率瞬间增加，一旦关断延迟，就会产生反向电流和漏极电压突波。
漏极电压调节类型，当同步整流电流减小时将会自动调整Vgs 來增加导通电阻RDS_ON以维持Vds 在关断临界值，虽然比由杂散电感导致的过早关断要好，但较低的VGS导致产生更高的导通损耗。
混合控制类型解决上述挑战，但在轻载条件下，由于较低的漏极斜坡使死区时间变化较大，可能引起系统不稳定，可采用迟滞带死区时间调节控制解决这问题。当初级侧 LLC 控制器 VDD 关断和交流电关断时，最小导通时间功能防止快速关断，但会产生负电流和巨大的 VDS 尖峰，因此需要有精密的保护功能如初级侧关断、同步整流反向电流检测、漏极异常检测。
NCP4318使用瞬时漏极电压和前一周期的死区时间信息，用于LLC谐振实现更高能效，外部元器件极少。自适应死区时间控制可以抵补寄生电感电压，以最大化同步整流 MOSFET 能效。多阶段关断临界值控制和同步整流电流反向检测功能可防止快速负载瞬变期间的反向电流，并使同步整流在整个负载范围内稳定运行。
2NCP4318的关键特性
NCP4318采用混合模式同步整流关断控制，具有反向电流保护特性，确保可靠的同步整流，每个同步整流 MOSFET都有专用的200 V额定漏极检测和专用源极检测引脚，迟滞带死区时间调节控制有助于最小化本体二极管导通时间和最大化能效。轻载时当电容电流足以预先导通MOSFET时，NCP4318检测到同步整流器的电流反向。通过增加在轻载条件下的导通延迟，可避免这样的运行模式，提供安全、稳定和高效的工作，避免漏极电压突波。
NCP4318有一个自调节最小导通时间电路，以更好地抗噪。同步整流1~3阶式门(闸)极导通电压与软启动脉冲数控制。它可根据负载条件、工作频率和温度自调节门电压控制 (10 V, 6 V, 5 V)，从而提高轻载条件和高频工作下的能效。精密的保护功能如初级端关断、漏极检测异常保护等实现更高的可靠性。节能模式下的工作电流低，典型值100 uA。6 V门输出电压的软启动确保稳定的启动。具有30 ns的极快导通和关断延迟时间，强大的电流能力，源电流/灌电流为1.5 A/4.5 A。宽工作电压范围6.5 V至35 V。工作频率范围22 kHz到500 kHz。
图1所示为NCP4318的典型应用电路，在初级端有一个LLC控制器。在次级端，配置非常简单，包含一个NCP4318控制器和2个外置电阻，在噪声严重的系统中可能需要再添加2个电容。因此，NCP4318是个高度集成的控制器，需要最少的外部元件。
图1：NCP4318的典型应用电路3NCP4318的3个版本
4能效测试
我们对NCP4318和竞争对手的同类器件进行了能效对比测试，其中Vin=390 Vdc，可看到从轻载到重载，NCP4318的能效都是极高的，最高时约97%。
图2：NCP4318提供高能效微信号：onsemi-china安森美 (onsemi)智能技术，美好未来
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