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| | | | | | | 星版:NXP的TEA1995T用过没?有没有什么缺点,最近准备上
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| | | | | 如图是NCP43080的应用原理图,安森美的43系列同步整流芯片,原理基本一致,这次就拿NCP43080为例和大家一起分享一下
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NCP43080应用原理图
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| | | | | | | 这类同步整流IC很多人称之为自同步或者自控式同步整流,原因是芯片通过检测MOS管两端压降来判断同步整流MOS的开关,和初级没有任何联系。如图所示,芯片通过CS脚检测同步整流MOS管两端压降,当对应绕组开始输出电流,MOS体二极管导通,CS脚会变为负电平,当到达CS开启阈值(-75mV)后驱动脚DRV会发出驱动将MOS管打开。而当绕组电流下降,VDS电压会升高,当电流减小到一定程度即VDS电压升高到一定程度后,DRV脚会将驱动关断,同步整流结束,NCP43080的关断阈值是-1/0mV,这个电压是非常低的,目的是保证绕组电流在足够低的时候关断,减小MOS管体二极管的导通损耗。
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NCP43080应用原理图
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| | | | | | | | | 规格书里面有两张图,可以用来理解关断阈值设计值得重要性,理想关断部分,是当LLC绕组电流下降到接近到0时关断,大部分电流通过MOS,有效值平方乘以Rdson,通过选择较低Rdson的MOS管来减少导通损耗。而提前关断时,关断后电流需要通过体二极管续流,除了MOS管本身Rdson还有体二极管的导通损耗。而体二极管的导通损耗正是同步整流所想避开的。但是,关断阈值设计的接近0V确实在理论上可以降低关断时的电流切换点,不过这不是影响关断电流的唯一因素,后续会详细说明所需要注意的其他因素。
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提前关断
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理想关断
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| | | | | | | | | | | 如图是实际测试中发现的提前关断的情况,驱动没有测试,我在其中一张图上用红色笔画出来了,这个关断点非常高,MOS很热,但是这么去评估这两部分的损耗或者说我们在知道了输出电流的条件下怎么选择MOS管,怎么评估这部分损耗呢?后面我自己整理了一个计算方法,会分享给大家
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| | | | | | | | | | | | | 计算的方法是分别计算出通过MOS管的有效值电流和通过体二极管的平均值电流,分别计算MOS管Rdson损耗和二极管的导通损耗。
图片是我推导的计算过程
Ip:绕组电流的峰值
t1:电流持续时间
Ip2:同步整流驱动关断点对应的电流,也就是体二极管的峰值电路
t2:体二极管电流的持续时间
因为同步整流MOS管是ZVS开通,ZVS关断,所以忽略开关损耗,体二极管CCM模式下的关断损耗忽略
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计算公式推导
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| | | | | | | | | | | | | | | 我们利用这个公式计算一下图片中工作模式下MSO管和体二极管的损耗Io=9A
Ip=27A
LLC工作频率 f=100kHZ
Ip2=24.3A
t2=1.4us
体二极管 VF=1V
Rdson=3.3m欧姆
计算结果 体二极管损耗 Pdiode=1.2W MOS管 损耗 Pmos=0.51W
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| | | | | | | | | | | | | | | | | 从计算结果来看,高的电流切换点导致体二极管损耗较高,如果电流切换点修正为10A,计算结果:体二极管导通损耗 Pdiode=0.175W MOS损耗 Pmos=0.6W,可见降低切换电流对降低损耗来说多么重要。 |
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| | | | | | | | | | | | | | | | | | | 再更新点交流关机问题,如图所示,交流关机时测试同步整流MOS管VDS电压有明显过冲
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关机VDS过冲
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| | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | 波形放大看看,CH4:同步整理MOS电流,CH3: 同步整流驱动,CH2: VDS电压
CH4绿色部分是LLC绕组的输出,但是当驱动打开时出现了负向电流,关断时出现了比较高的VDS过冲电压。
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关机波形放大
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| | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | 关于这个问题的原因需要点时间去解释,注意看在驱动打开之前(红色为同步整流MOS驱动),绿色电流部分有很小一点正向部分,这部分正向电流使MOS的体二极管导通,触发了同步整流MOS打开的条件,但是这部分电流非常小,在驱动打开后很快归零,导致MOS出现负向电流。
需要说明:1,VDS负电压触发驱动到驱动真正输出其实是有一个延时时间的,这也是为什么大家看到驱动打开时绿色电流已经接近归零了。
2,MOS驱动一旦打开需要度过最小开通时间后再做检测,即在最小开通时间内不管发生什么芯片都没有办法动作。
3,绿色电流为什么很快归零,是因为这这部分电流其实就是残存在初级谐振电感的最后一点能量,关机的时候会做震荡,不幸的是这点震荡有机会会把次级的同步整流驱动打开。
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| | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | 为了详细的说明这个振荡,分别抓了LLC两个绕组输出电流并根据电流的实际方向显示在示波器上,注意黄色电流的最后一个周期,其实电流已经明显衰减了,在衰减到0后还是会继续反向振荡,但是反向过零后会快速衰减至0。造成这个问题的就是最后那一点振荡。
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| | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | 解决这个问题的办法之一是减小最小开通时间,这样即使发生误导通负向电流也会比较小,但是最小导通时间没有办法减小到0,就意味着一定会有负向电流的存在,没有办法彻底解决问题,另外减小最小导通时间还会导致其他问题,后面会讲。
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| | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | 最好的办法就是检测交流掉电,在LLC没有完全关掉之前关掉同步整流芯片。
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| | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | 详细的解决方法是初级增加交流掉电检测电路,检测到交流掉电后输出一个反转信号通过光耦送到次级把同步整流芯片关掉,同步整流芯片关掉后停止驱动输出,后面的整流靠MOS管的体二极管完成,因为时间非常短,所以不必担心有可靠性的问题。同步整流增加开关的电路简单画了一个示意图。
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| | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | 但是实际用的时候就发现了问题,如图所示,红圈处是同步整流VCC被关断的时间,关断后在同步整流的驱动脚上又测到了波形,大约1V左右,注意另外一张放大的波形,红色是同步整流MOS的VDS,蓝色是驱动脚,芯片关掉了居然还有1V左右的波形出来。
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| | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | 楼主,我注意到你这个VDS的波形在开通和关断的时候都有点振荡,你觉得时正常的吗?
我也遇到了同样的问题,如下波形所示,但我觉得是不正常的,目前没有找到根本原因。
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| | | | | | | | | | | | | | | | | | | 楼主能明白你说的 切换点越低二极管 损耗就会低 但是该怎么取调整切换点呢 用RSon比较大的MOS管吗 |
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| | | | | | | | | | | | | | | | | 从图中看楼主的尖峰吸收做得很好,不知道楼主是用哪种方法,当然楼主的功率不大,我做的8KW,压力大
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| | | | | | | | | | | | | | | | | 邱工,您好! 按您的数据和公式计算了一下,发现二极管损耗这块和您的计算结果有出入。您看一下是哪里的问题
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| | | | | | | | | 这个帖子很好,同步整流尖峰问题,开关机,短路,轻载/满载切换都有,能否解释下原理机制。
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| | | | | 好贴!持续关注!同步MOS做ZVS是否还要考虑死区吗?
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| | | | | | | 说实话,这种回复太玄妙,没有什么实际意义,在这个论坛里,尤其是各种版主,净是这种回复。
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| | | | | 楼主,你用的谐振电容是什么样子的?能拍张图片吗?我的LLC没有ZVS,我应该增大谐振电容还是减小呢 ?
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| | | | | | | 这种同步如何解决开关机工作频率降低到第二谐振点左侧,DCM模式下,的电流倒灌的问题啊,
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| | | | | | | | | | | 楼上两位提到的DCM下可能发生电流倒灌的问题不是这种方案会发生的情况,因为这种纯粹是监测DS两端电压来开关MOS的,无论是DCM还是CCM,只要MOS管的电流下降到一定值就会触发同步整流的监测门限关掉MOS,也就是说只要MOS电流有回落到零的过程,没有理由发生倒灌。另外一种同步整流,叫记忆或者预测模式是会有这种情况的,比如FAN7688集成的同步整流,这种工作原理是次级的同步整流根据初级驱动信号发波,不去具体检测整流MOS管的DS电压,所检测的DS电压只用来保护和调整下次MOS导通时间。比如,当前同步整流开通是10us,同时DS检测没有触发保护,那么下一个周期会继续保持10us,如果当前周期DCM电流发生轻微反灌,以为这整流绕组电压反向,DS检测触发保护值后会迅速关断MOS并记录新的导通时间,比如9us,那么下一个整流导通时间就是9us。这种工作原理我的理解是没有办法彻底解决反灌问题的,因为工作的原理就是发生反灌后再改进。反灌引起MOS损坏的原因有两个:1,反灌电流过大导致损坏。2,反灌电流没有导致损坏但是MOS在关断时因为反灌电流+绕组漏感的原因导致DS电压过高损坏。实际应用的时候第二种损坏居多,因为同步整流的MOS管电流都是非常大的,不太容易过流损坏。
所以,要解决的不是反灌的问题,只要在反灌发生时电流过大之前迅速关断,DS电压不会过冲太高就不会导致损坏,主要还是要在保护时间上下功夫。还有一种思路就是半载以后让系统进入到连续模式,轻载的时候芯片会有轻载监测,直接关掉同步整流。
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| | | | | | | | | | | | | 非同步二极管续流切换到同步MOS导通,他们自己的能量发生变化了,二极管能量VB*l,MOS管能量是Iˇ2*R(导通内阻),一瞬间会引起尖峰。
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| | | | | | | | | | | | | 楼主后面怎么不更新了呀,请问增加前级掉电检测产生的还有1V左右的电压的问题解决了吗?多谢!
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| | | | | 哈哈,高工,求继续分享。最近也在做同步整流,也遇到负电流的问题。 |
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