SRK2001：LLC諧振轉換器的自適應同步整流控制器

在電子設計領域，LLC諧振轉換器因其高效、高功率密度等優點而被廣泛應用。而SRK2001作為一款專門為LLC諧振轉換器優化的自適應同步整流控制器，無疑為工程師們提供了一個強大的工具。今天，我們就來深入了解一下這款控制器。

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產品概述

產品信息

SRK2001采用SSOP10封裝，有多種訂貨代碼可供選擇，如SRK2001、SRK2001TR等，包裝形式有管裝和卷帶裝。

特性亮點

• 優化的同步整流：專為LLC諧振轉換器的次級側同步整流設計，采用雙柵極驅動N溝道MOSFET，有效提高轉換效率。
• 自適應邏輯：具備自適應關斷邏輯和帶自適應屏蔽時間的導通邏輯，能自動補償寄生電感，減少能量損耗。
• 低功耗模式：靜態電流僅50μA，滿足輕載和空載條件下對轉換器功耗的嚴格要求。
• 寬工作電壓范圍：VCC工作電壓范圍為4.5V至32V，適應多種應用場景。
• 高壓檢測：每個SR MOSFET采用高壓漏源開爾文檢測，關斷總延遲僅35ns。
• 多重保護功能：具備防止電流反轉保護，能安全管理負載瞬變、輕載和啟動條件。
• 智能睡眠模式：輕載時可進入智能自動睡眠模式，用戶可編程進入/退出負載水平，實現軟過渡和功能禁用。
• 兼容性強：與標準電平MOSFET兼容，降低設計難度。

應用領域

廣泛應用于AC - DC適配器、一體機PC、高端平板電視、符合80 +/85 +標準的ATX SMPS、符合90 +/92 +標準的SERVER SMPS以及工業SMPS等領域。

技術細節剖析

引腳連接與功能

SRK2001的引腳連接清晰明確，每個引腳都有特定的功能。例如，VCC為器件供電，需靠近IC引腳連接旁路電容以獲得干凈的電源；GND為器件偏置電流和柵極驅動電流的返回端，應連接到同步整流MOSFET源極的公共點。GD1和GD2為柵極驅動輸出，可直接驅動功率MOSFET，輸出高電平電壓被鉗位在約11V。SVS1和SVS2用于源電壓檢測，DVS1和DVS2用于漏電壓檢測，需通過100Ω電阻連接到MOSFET的漏極。PROG引腳用于編程睡眠模式進入/退出的導通占空比，EN引腳具有使能功能，可實現自動睡眠模式的啟用/禁用以及遠程ON/OFF控制。

絕對最大額定值與熱數據

在使用SRK2001時，必須注意其絕對最大額定值，如VCC的直流電源電壓范圍為 - 0.3V至VCCZ，超過這些額定值可能會對器件造成永久性損壞。熱數據方面，結到環境的最大熱阻為130°C/W，結到外殼頂部的最大熱阻為10°C/W，工作結溫范圍為 - 40°C至150°C，存儲溫度范圍為 - 55°C至150°C。

電氣特性

• 電源部分：VCC工作范圍為4.5V至32V，開啟電源電壓為4.25V至4.75V，關斷電源電壓為4V至4.5V，具有0.25V的滯回電壓。運行模式下的電流消耗約為700μA，靜態電流在低功耗模式下為50μA至65μA。
• 漏源檢測輸入與同步功能：漏源檢測工作電壓最高可達90V，觸發電壓、預觸發電壓和導通閾值等參數都有明確的規定。
• 柵極驅動器：輸出源峰值電流為 - 0.35A，ZCD比較器觸發關斷時的最大輸出灌電流峰值為4A，上升時間為140ns，關斷比較器觸發關斷時的下降時間為80ns，ZCD比較器觸發關斷時的下降時間為30ns，輸出鉗位電壓為9V至13V。

工作原理詳解

整體架構

SRK2001的核心是控制邏輯塊，由異步邏輯實現。該數字電路根據DVS - SVS引腳對通過比較器塊檢測到的漏源電壓變化，生成邏輯信號控制兩個外部功率MOSFET的導通和關斷。同時，通過兩個柵極驅動器狀態機并行工作并互鎖，避免兩個同步整流MOSFET同時導通，還有一個狀態機管理正常運行與睡眠模式之間的轉換。

漏電壓檢測

通過DVS1 - SVS1和DVS2 - SVS2兩對引腳檢測MOSFET的漏源電壓（開爾文檢測），以確定何時導通和關斷同步整流MOSFET。有三個重要的電壓閾值：VTH_A（1.4V）用于觸發相反的柵極驅動器，VTH_PT（0.7V）用于預觸發柵極驅動器，VTH_ON（ - 130mV至 - 70mV）為導通閾值。

導通邏輯

當檢測到的漏源電壓低于VTH_ON閾值時，SR MOSFET導通。為避免誤觸發，引入了自適應屏蔽延遲TD_On，該延遲在高負載時取最小值，隨著負載降低而增加，以提高各負載工況下的效率。

自適應關斷

SR MOSFET的關斷可由自適應關斷機制（雙斜率關斷）或ZCD_OFF比較器（快速關斷）觸發。由于SR MOSFET的雜散電感影響，檢測到的漏源信號不能準確反映MOSFET的實際電壓降，可能導致過早關斷。為此，采用自適應算法，當檢測到的漏電壓達到零時關斷SR MOSFET，并逐步調整關斷時間以實現最大導通時間。

智能自動睡眠模式

該模式基于雙時間測量系統，通過測量半開關周期和同步整流器的導通時間來判斷是否進入睡眠模式。當負載降低，導通占空比低于DOFF時，器件進入睡眠模式；當導通占空比超過DON時，重新啟用SR MOSFET柵極驅動。為避免誤判，睡眠模式條件需連續512個時鐘周期確認。進入睡眠模式后，會采用軟睡眠過渡程序，減少對系統的干擾。

突發模式操作

當檢測到初級控制器停止開關，且DVS1和DVS2引腳電壓高于VTH_A至少20μs時，SRK2001進入低功耗狀態。初級控制器重新啟動開關后，當檢測到導通占空比超過用戶通過RPG電阻編程的DON_BM值時，SRK2001恢復工作。

EN和PROG引腳功能

通過EN和PROG引腳，用戶可以配置自動睡眠模式的啟用或禁用。在啟動階段，根據連接到EN和PROG引腳的電阻值，設置進入和退出睡眠模式的導通占空比。在正常運行時，EN引腳還可作為遠程ON/OFF輸入。

設計建議

布局準則

• GND引腳布局：GND引腳應連接到同步整流MOSFET源極的公共點，布線時要使兩個SR MOSFET的源極盡可能靠近，且與負載電流返回路徑分開，走線應盡量短且靠近物理源極，以保證電路的電氣對稱性。
• 漏源電壓檢測：漏源電壓檢測應盡可能靠近MOSFET的漏極和源極，以減少負載電流路徑中的雜散電感對檢測電路的影響。
• 旁路電容：建議在VCC和GND之間使用低ESR、低ESL的旁路電容，并靠近IC引腳放置。必要時，可在轉換器輸出電壓和VCC引腳之間串聯一個幾十歐姆的電阻，與旁路電容形成RC濾波器，獲得更干凈的VCC電壓。

總結

SRK2001作為一款高性能的自適應同步整流控制器，憑借其豐富的特性和強大的功能，為LLC諧振轉換器的設計提供了優秀的解決方案。在實際應用中，工程師們需要充分了解其工作原理和特性，合理進行引腳配置和布局設計，以發揮其最大優勢，實現高效、穩定的電源轉換。大家在使用SRK2001的過程中，有沒有遇到什么有趣的問題或者獨特的解決方案呢？歡迎在評論區分享交流。