諧振轉(zhuǎn)換器同步整流器的設(shè)計(jì)注意事項(xiàng)

　　第一部分重點(diǎn)介紹了影響諧振轉(zhuǎn)換器設(shè)計(jì)的關(guān)鍵寄生參數(shù)，以及元件選擇標(biāo)準(zhǔn)和變壓器設(shè)計(jì)。本部分重點(diǎn)介紹諧振轉(zhuǎn)換器同步整流器（SR）的設(shè)計(jì)注意事項(xiàng)。

　　諧振轉(zhuǎn)換器中的工作狀態(tài)可能比脈寬調(diào)制轉(zhuǎn)換器中的工作狀態(tài)復(fù)雜得多。以圖1中的電感-電感-電容器-串聯(lián)諧振轉(zhuǎn)換器（LLC-SRC）為例，在給定的負(fù)載條件和開關(guān)頻率的相對(duì)位置（）的情況下，常規(guī)LLC-SRC設(shè)計(jì)中存在四種常見狀態(tài)（圖2）。 f sw）和串聯(lián)諧振頻率（f r）。當(dāng)f sw 《f r時(shí)，整流二極管電流在有源開關(guān)（Q 1 或Q 2）之前變?yōu)榱悖?關(guān)掉。因此，在將金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管（MOSFET）用作整流器（即SR）時(shí)，必須以小于50％的占空比關(guān)閉SR，以避免整流器電流倒流。否則，過大的循環(huán)電流會(huì)損害轉(zhuǎn)換器的效率。

　　圖1 電感-電容串聯(lián)諧振轉(zhuǎn)換器（LLC-SRC）提供軟開關(guān)功能，允許高頻工作。

　　圖2 LLC-SRC在重載和f sw下的工作狀態(tài) 《fr（a），輕載和f sw 《fr（b），重負(fù)載和f sw 》 f r （c），輕負(fù)載和f sw 》 f r （d）表明需要電流檢測(cè)，以防止在施加SR的情況下在輸出整流器上產(chǎn)生反向電流?！?f《/f

　　整流器電流導(dǎo)通時(shí)間實(shí)際上是0.5 / F ? 在重負(fù)載當(dāng)f SW 《F - ［R 。因此，當(dāng)f sw 《f r時(shí)，在重載時(shí)，可以將SR導(dǎo)通時(shí)間限制為略小于0.5 / f r，而在輕載時(shí)禁用SR ［1］。但是，這種開環(huán)SR控制方法無法優(yōu)化轉(zhuǎn)換器效率。

　　一種更可靠的SR控制方法是通過MOSFET的漏源電壓（V DS）感應(yīng)［2］（圖3）?；旧?，這種SR控制方法將MOSFET V DS 與兩個(gè)不同的電壓閾值進(jìn)行比較，以開啟和關(guān)閉MOSFET。一些較新的V DS 感測(cè)SR控制器，例如德州儀器（ti）的UCC24624，甚至具有第三個(gè)電壓閾值，以激活比例柵極驅(qū)動(dòng)器，從而以最小的延遲快速關(guān)閉SR。

　　圖3 V DS 感測(cè)SR在不同的V DS 電壓電平下打開和關(guān)閉SR 。

　　值得注意的是，電壓閾值處于毫伏級(jí)別；需要高精度的傳感電路。因此，通常通過使用具有V DS 電平（通常小于200V）和f sw 限制（通常小于400kHz）的集成電路來實(shí)現(xiàn)V DS感測(cè)方法。由于V DS 感測(cè)SR控制方法的局限性，您將需要另一種SR控制方法來優(yōu)化高壓和高頻諧振轉(zhuǎn)換器的SR傳導(dǎo)。

　　使用Rogowski線圈［3］，然后使用積分器和比較器是控制高頻諧振轉(zhuǎn)換器SR的另一種方法。圖4 是一個(gè)方框圖，說明在電容器-電感器-電感器-電容器-電容器串聯(lián)諧振雙有源橋式轉(zhuǎn)換器（CLLLC-SRes-DAB）［4］上使用Rogowski線圈進(jìn)行的SR控制。帶繞組的空心線圈（Rogowski線圈）放置在變壓器繞組上以進(jìn)行電流檢測(cè)。當(dāng)時(shí)變電流流過線圈時(shí)，電流產(chǎn)生的磁通量會(huì)在線圈繞組上感應(yīng)出電壓。與原始時(shí)變電流相比，感應(yīng)電壓將具有90度的相位差。

　　圖4 Rogowski線圈SR控制可在CLLLC-SRes-DAB轉(zhuǎn)換器中實(shí)現(xiàn)精確的高頻SR感測(cè)和控制。

　　在Rogowski線圈之后添加一個(gè)積分器可以產(chǎn)生同相甚至領(lǐng)先于原始時(shí)變電流的電壓。因此，可以將積分器輸出的零電壓交叉設(shè)置為比時(shí)變電流零電流交叉早一些，以適應(yīng)可能的傳播和控制延遲。然后將放大的積分器輸出信號(hào)與給定的比較器閾值進(jìn)行比較，以產(chǎn)生具有幾乎最佳的SR傳導(dǎo)時(shí)間的SR驅(qū)動(dòng)信號(hào)。插入控制電路的附加斜率檢測(cè)邏輯可進(jìn)一步優(yōu)化不同負(fù)載條件下的SR傳導(dǎo)時(shí)間。由于Rogowski線圈通過磁通量感應(yīng)電流，因此沒有電壓電平限制。此外，羅高夫斯基線圈使用的是空芯而不是磁芯材料，因此其帶寬非常高，沒有飽和極限；因此，與V不同，即使在兆赫茲級(jí)諧振轉(zhuǎn)換器上也沒有頻率限制問題DS 感應(yīng)SR控制方法。

　　圖5 說明了此處提出的方法。將圖5中的時(shí)變電流定義為i（t），并假設(shè)Rogowski線圈垂直放置在變壓器繞組上，則可以使用公式1計(jì)算Rogowski線圈繞組的輸出電壓，如下所示：

　　其中A 是Rogowski線圈上每匝的橫截面積（假設(shè)Rogowski線圈上的匝都具有相同的橫截面積），N 是Rogowski線圈上的匝數(shù)，l 是周長羅氏線圈環(huán)，和μ的0 =4π?10 -7 H / m是滲透常數(shù)。

　　圖5 無源積分器允許Rogowski線圈SR控制電路預(yù)測(cè)零電流交叉時(shí)序。

　　假設(shè)在建議的感測(cè)電路中使用理想的運(yùn)算放大器，公式2表示Rogowski線圈輸出v 1_0 與無源積分器輸出v 2_0之間的電壓關(guān)系：

　　可以將方程2中的微分方程求解為

　　其中一個(gè) 0 是常數(shù)，并且

　　為了更輕松地了解如何使用無源積分器和放大器調(diào)整相位差，請(qǐng)假定時(shí)變電流為純正弦波，這將使Rogowski線圈輸出電壓和積分器輸出均為純正弦波。換句話說，在假設(shè)v 2_0 （t）= a 1 sin?（ωt）的情況下，求解方程式1和2以獲得i（t）的方程式，方程式2可以重寫為方程式3：

　　哪里

　　翻轉(zhuǎn)Rogowski線圈的引腳，時(shí)變電流變?yōu)楣?：

　　當(dāng)使Φ=-π/ 2的等式3和Φ=π通過改變R的值/ 2等式4 1，R 2，C 1 和fθ SW （ω=2πF SW與之間的正確的連接極性） Rogowski線圈輸出和積分器輸入，積分器輸出v 2_0 （t）與SR電流i（t）同相。此外，在實(shí)際應(yīng)用中，您可以設(shè)置積分器波形來引導(dǎo)SR電流。因此，分別通過控制器和驅(qū)動(dòng)器上的響應(yīng)時(shí)間和傳播延遲，SR關(guān)斷時(shí)序仍可以設(shè)法保持在零電流交叉點(diǎn)。

　　圖6 顯示了感應(yīng)電路的繞組電流測(cè)量值和增益放大器的輸出電壓。如您所見，對(duì)零電壓交叉編程以使其比實(shí)際檢測(cè)電流更早地關(guān)斷，可適應(yīng)傳播和控制延遲。