1、反激變換器副邊同步整流控制器STSR3應用電路詳解                摘要：為大幅度提高小功率反激開關電源的整機效率，可選用副邊同步整流技術取代原肖特基二極管整流器。它是提高低壓直流輸出開關穩(wěn)壓電源性能的最有效方法之一。        關鍵詞：反激變換器；副邊同步整流控制器STSR3；高效率變換器    2.7 預置

2、時間（tant）防止原邊和副邊共態(tài)導通    實現(xiàn)同步整流的一個主要難題，是確?？刂艻C送出的驅動信號正確無誤，以?止在副邊的同步整流器與原邊開關管之間出現(xiàn)交叉的“共態(tài)導通”。其示意圖可見圖16中波形。當原邊MOSFET導通時，圖16中電壓Vs傾向于負極性。如果副邊同步MOSFET關斷時帶有一些延遲，那么在原邊和副邊之間就會出現(xiàn)一個短路環(huán)節(jié)。為了避免這種不希望的情況發(fā)生，在原邊MOSFET導通之前，同步MOSFET必須是截止的，這表明有必要設置一定量的“預置”時間tant。    圖17給出了詳細展開的正常工作情況時，CK時

3、鐘信號與OUTGATE輸出驅動信號之間的定時關系圖。芯片內部的定時tant提供了所需要的預置時間，從而避免了共態(tài)導通的出現(xiàn)。按表1的供電條件使用腳SETANT，tant有三種不同的選擇值。在腳SETANT外接電阻分壓器供電，可得到表1中所需的該腳電壓值和預置時間。    芯片內的數(shù)字控制單元產(chǎn)生這些預置時間，是通過計算在開關周期之中包含的高頻脈沖數(shù)目來完成的。由于該系統(tǒng)具有數(shù)字性能，在計數(shù)過程中會丟失一些數(shù)位，從而導致輸出驅動信號中發(fā)生跳動。表1中的預置時間值是一個平均值，考慮了這種跳動因素。圖18給出了OUTGATE關斷期間的跳動波形。  &

4、#160; 2.8 空載與輕載工作狀態(tài)    當占空比<14時，STSR3的內部特性能使OUTGATE關閉，并且切斷芯片內部大多數(shù)電路供電，從而減小器件的功耗。在這種條件下，變換器的低輸出電流，是由同步MOSFET的體二極管來完成的。當占空比>18時，IC再次起動，所以具有4的滯后量。當原邊的PWM控制器在極輕輸出負載下發(fā)生突發(fā)狀態(tài)時，這種特性仍能維持STSR3系統(tǒng)正確工作。    輸出驅動器具有承受大電流的能力，源極峰值達2A，加散熱器后可達3A。因此同步MOSFET開關極快，允許并聯(lián)幾只MOSFET

5、以減小導通損耗。在供電期間的高電平是Vcc，所以芯片只驅動具有邏輯電平柵極門限的MOSFET。    2.9 瞬態(tài)特征及實測波形    在負載發(fā)生大變化時，占空比可在幾個開關周期里從低值極快地變?yōu)楦咧?，反之亦然。但OUTGATE給出的預置時間，是根據(jù)計算開關周期（頻率），而非依據(jù)占空比。即使在占空比快速變化時，它也能正確地提供預置時間，從而始終為同步MOSFET提供正確的驅動。圖19給出了占空比在一個周期里從50變成80，隨即又返回50時的測量波形。圖20給出了OUTGATE正確提供的預置時間，從圖中看到是131n

6、s。    2.10 同步整流控制器STSR3的典型應用電路圖    圖21給出了STSR3的典型應用電路板測試圖。該電路可替代反激變換器中的整流二極管，用外部時鐘檢測器進行同步，可用于各種類型的反激變換器，例如AC/DC或者DC/DC。圖中的一些電路不是必需的，例如，當原邊開關截止時如果沒有振鈴出現(xiàn)，那么R24，D15，R25和C11就可以刪掉。用TO220塑殼封裝的同步MOSFET可裝配在電路板上。ST公司提供的適合作同步整流的MOSFET產(chǎn)品型號、規(guī)格列在表2中。    表2 S

7、T公司提供的專用于同步整流器超低導通電阻的MOSFET新品規(guī)格                    P/N         VDss/V         RDS(on)5V/m      

8、   ID(cont)/A             STP100NF03L03         30         4.5         100      

9、       STP80NF03L04         30         5         80             STP90NF03L  

10、0;      30         12         90             STP85NF3LL         30     

11、;    9         85             STP70NF3LL         30         12       &

12、#160; 70             STP100NF04L         40         5         100         &

13、#160;   STP80NF55L06         55         8         80             STP60NF06L      

14、;   60         16         60             STP80NF75L         75        

15、 13         80             STP40NF10L         100         36         40

16、60;   該電路板，能在反激式變換器中，很容易地將二極管整流改變?yōu)镸OSFET同步整流。    2.11 主芯片STSR3印刷電路板的設計布局    任何一種高頻開關電源，都需要一個良好的PCB設計布局，以實現(xiàn)整機系統(tǒng)性能的最高指標，并解決干擾的輻射傳導問題。電路板上元器件的排放位置、引腳走線和寬度等，都是主要的課題。本文將給出一些基本的規(guī)則，使PCB設計者能制作出良好的STSR3電路板布局。圖21    在PCB上畫線時，所有電流的走線都應盡量縮短和加粗，使走線

17、電阻和寄生電感為最小值，以增進系統(tǒng)的效率和降低干擾的輻射傳導。電流返回的路徑安排是另一個有決定意義的課題。信號的地線SGLGND與功率地線PWRGND應分別布線，并且都接芯片的信號地線腳。印刷電路板各元器件布局如圖22所示。圖22    由于腳INHIBIT接芯片內部25mV比較器，它對布線較敏感，所以要使板上接INHIBIT的連線盡可能縮短。作為經(jīng)驗，信號電流的走線應遠離脈沖電流或快速開關電壓的走線，以避免在它們之間出現(xiàn)耦合效應。    圖23給出了從元器件焊接的正面（即頂部端）看到的印制板銅箔（按1：1面積尺寸）的繪線布局；圖24則給出了印制板背面（即底部端）銅箔繪線，有十幾個園形穿孔點。    2.12 怎樣用STSR3控制板便捷替換原二極管    圖25給出了用簡便方法，在原有反激變換器上，去掉已安裝的副邊整流二極管，換上同步整流STSR3控制板的示意圖。如果原Vout等于或大于5V，就把新板上的Vs電壓線接到Vout；若它低于5V，仍把Vs接到MOS漏極。圖253 結語    專用于控制同步整流的新器件已問世，它能提高AC/DC或DC/DC反激式變換器的效