為減小導通損耗及反向恢復損耗，同步整流需要精確的時間控制電路，雖然已有幾種方法來產(chǎn)生控制信號，我們現(xiàn)在采用一種從反饋系統(tǒng)來有源控制的柵驅(qū)動信號的定時系統(tǒng)。其關(guān)鍵優(yōu)點在于該電路將根據(jù)元件狀態(tài)的變化來特別調(diào)節(jié)同步整流MOSFET中的不可控的電容。時間的延遲及溫度變化對MOSFET閾值的影響都可以根據(jù)反饋環(huán)來校正。
為控制柵軀動的時間，在圖1中使用了可調(diào)延遲的電路，該延時電路包含三個主要元件，一個延遲線，一個乘法器及一個邏輯與門電路。到延遲線的輸入信號是相對每個延遲元件都延遲幾個納秒的信號。為了產(chǎn)生控制導通的延遲，乘法器選擇了使輸出信號延遲的元件，最后與門確定延遲加到驅(qū)動導通的上升沿。從IN到OUT的延遲控制由數(shù)字控制總線來執(zhí)行，數(shù)字總線加到乘法器的地址輸入上。相反地，如果控制總線設置全部為0，則從IN到OUT的延遲就為0，即沒有延遲。幾種不同的延遲時間可以設定，給出幾種開啟延遲時間，關(guān)閉延遲時間，或?qū)ΨQ的開啟及關(guān)斷延遲。注意看圖1中是一個電壓檢測電路及數(shù)字控制器，為執(zhí)行不同的延時設置，會用不同的電壓檢測電路及數(shù)字控制器。
圖1 可調(diào)延遲電路
A、控制驅(qū)動VR的執(zhí)行方案
控制驅(qū)動電路的設計從回流的MOSFET VR開始。隨著其源漏電壓降到零，它將立即被關(guān)斷。一種實現(xiàn)它的簡單方法就是用比較器檢測VR的源漏電壓過零時間，用這種方法的問題在于通過比較器，邏輯電路及柵驅(qū)動的延遲會產(chǎn)生出來，這要給予考慮。即使非常快的電路，延遲總量也會有50ns或更多。此期間體二極管會導通，并增加大的導通損耗，從檢測降落的源漏電壓到MOSFET導通時，一個邏輯回應的固有時間延遲可以用從最后一個開關(guān)周期得到的信息處理，去預置下一次的MOSFET的導通。在此預期方法中，MOSFET的柵壓開始在其源漏電壓降落之前就增加。此期間讓柵壓提前動作，在源漏電壓降下時其即導通，而體二極管決不會導通。
圖2展示出控制電路可實現(xiàn)VR的導通及關(guān)斷。它使用了兩個乘法器，兩個記數(shù)器，一個延遲線及控制MOSFET導通及延遲的膠合邏輯，因此消除了體二極管的導通。電路的描述從MOSFET的開啟延遲開始。PWM控制信號驅(qū)動初級側(cè)MOSFET Q1，同時加到延遲線。當電源第一次啟動，則LOAD輸入到記數(shù)器為高電平，它設置了開啟延遲的計數(shù)器為全部是1(高電平)，而設置了關(guān)斷延遲計數(shù)器全部為零(低電平)，隨著計數(shù)器開始記數(shù)，從控制電路的輸出到柵驅(qū)動的結(jié)果之間為最大的導通延遲及最小的關(guān)斷延遲。
圖2 VR的控制電路
隨著延遲設置了這些數(shù)值，VR體二極管將會導通，反饋環(huán)路也將開始調(diào)節(jié)延遲，使之實現(xiàn)最小的體二極管導通，圖3(a)和(b)展示出VR在導通期間的柵源和漏源電壓，圖3(a)展示在VR導通時延遲太長的電路，而圖3(b)展示出最佳延遲時間。
圖3 VR的開啟波形
調(diào)節(jié)關(guān)斷延遲，用一個或門在一個大約2V輸入閾值，來檢測VR的柵源電壓和漏源電壓兩者是否都為低電平時的狀態(tài)，從或門出來的高電平指示控制器，告之延遲時間太長，控制器就會在下一個開關(guān)周期減少延遲。
或門輸出被鎖存、倒相并送至開啟延遲計數(shù)器的UP/DOWN輸入端，該信號告訴計數(shù)器向上記數(shù)或向下記數(shù)。如果或門輸出為高電平，則記數(shù)器向下記數(shù)，減少延遲時間。而或門為低電平輸出時，計數(shù)器向上記數(shù)，則增加延遲時間。計數(shù)器并有效地保持該延遲信息給下一個工作周期。反饋環(huán)會調(diào)節(jié)開啟延遲使之縮短，直到或門沒有更長的輸出脈沖，當計數(shù)器工作在恒定負載和線路電壓時，對下一個周期的開啟延遲將稍微有些加長，或門將給出高輸出脈沖，延遲將會縮短，在這種方式中，電路會在兩個延遲時間之間抖動，一個長一些，另一個就會接近最佳狀態(tài)。
關(guān)斷控制器工作在與開啟控制器非常相似的管理方式。不同之處在于電壓檢測電路及計數(shù)器的記數(shù)方向。當體二極管導通時，用一高速比較器檢測。為了更加精確，一個比較器用于檢測體二極管導通，去替代或門，在開啟的期間，電流正從整流MOSFET向回流MOSFET換向，電流的DI/DT非常高，VR的源漏電壓上通?？煽吹狡湔疴?。如果用一個比較器檢測體二極管在VR導通期間的體二極管狀態(tài)，由于源漏電壓的振鈴，可能會出現(xiàn)誤觸發(fā)。在VR關(guān)斷期間，通過VR MOSFET器件的電流是恒定的。該電流或者通過其通道或者通過其體二極管。在關(guān)斷時，僅有非常小的振鈴，比較器用來改善精度，比較器的閾值必須比先前的MOSFET通道導通時的誤觸發(fā)值更負向一點。
在通道導通期間，源漏電壓大約等于I LOAD*.RDS(ON)，并規(guī)定了噪聲。比較器閾值設置在大約-300mV。比較器比較VR的源漏電壓與此設置閾值，從比較器出來的高電平指示給控制器，系體二極管在導通，延遲時間需要增加，這與開啟局面精確對應。因為關(guān)斷延遲記數(shù)設置在起始時全部為0。圖4(a)和(b)示出VR關(guān)斷波形及比較器的輸出。
圖4 VR的關(guān)斷波形
(a)非最佳延遲( b)最佳延遲
圖4(a)示出當延遲設置太短時電路的工作狀態(tài)。圖4(b)示出最佳延遲狀態(tài)。由于在VR導通中，關(guān)斷延遲在某一值處處于抖動狀態(tài)，這就是太長以及最佳值的兩個狀態(tài)。
問題出現(xiàn)：開啟延遲及關(guān)斷延遲可否設置的短些，這是否會造成交叉導通，問題在于仔細地研究比較器的特性，及延遲線的每個元件的延遲，比較器僅能響應差分輸入電壓，此電壓僅在轉(zhuǎn)換間隔結(jié)點上有足夠的時間總量才會存在。假定比較器可以檢測出體二極管導通用5ns時間。在下一個周期內(nèi)，延遲即可調(diào)節(jié)，用延遲線上一位數(shù)碼去減少體二極管的導通。當然，比較器也不會去響應下一個周期體二極管的導通，因為它在延遲線的每個元件上大約減少5ns的延遲時間。關(guān)鍵防止交叉導通的措施是設置的每個元件的延遲要比比較器可檢測的最小脈寬要少。
B、 控制驅(qū)動QF的執(zhí)行
正向整流的QF的控制和回流元件VR很不一樣。一個主要的區(qū)別是：其目標是在變壓器復位后即將QF開啟，它獨立于PWM控制信號的上升沿和下降沿，它不同于回流的MOSFET。此處，目標只不過是調(diào)節(jié)PWM控制器信號的上升沿及下降沿的時間，以減少VR體二極管的導通時間，并使之最小化。
了解該目標是在變壓器復位后要將QF導通，一個好的起始點就是圖5所示出的使QF導通所需的電路。
圖5 VR的控制電路
首先，一個高速體二極管比較器用于檢測QF開始導通時的體二極管，它在變壓器復位時間間隔結(jié)束時發(fā)信號，偏巧如圖6所示，這個比較器還將檢測出的初級側(cè)MOSFET Q1關(guān)斷后令其體二極管正好導通。
使用該比較器僅單獨為開啟QF，并確保在Q1進入關(guān)斷的時間。這樣變壓器將絕不容許復位。為防止這一點，用一個低速比較器檢測QF的源漏電壓升至2.5V。當QF源漏電壓升過2.5V時，設置了一個預置鎖存調(diào)節(jié)，它將使高速體二極管比較器能輸出工作。在QF源漏電壓降過-300mV的體二極管比較器閾值，QF就立刻導通，并設置QF的控制鎖存。在高速比較器輸出變成高電平。預置鎖存即刻復位，開啟電路在下次導通事件中就處在恰當狀態(tài)。從體二極管比較器檢測出體二極管的導通固有延遲期間，到QF導通的通道，體二極管傳導變壓器的磁化電流。雖然在此間隔內(nèi)，在QF體二極管有導通損耗，但與之相比，這已是QF遇到的最小的損耗。如果QF在此糟糕的時間間隔還保持關(guān)斷的話。為完全消除這個損耗，用一個相同的預先控制的方案，用來開啟VR，雖然這在理論上是可以的，但實際上會相當困難，因為此處沒有PWM控制信號的脈沖沿存在，此時系變壓器完全復位的狀態(tài)。
圖6 VR預鎖存波形
一個輸出起始設置在零的計數(shù)器控制著關(guān)斷電路。采用將計數(shù)器輸出全部設置為0，也即在PWM控制信號的下降沿及QF的柵源電壓之間實際上為零延時，結(jié)果QF的柵源電壓，VR的漏源電壓以及與門輸出的三個波形示于圖7(a)。
圖7 VF的關(guān)斷波形
(a)非最佳延遲(b)最佳延遲
VF關(guān)斷電路中的與門更多的作用如VR開啟控制電路中的或門，給一個命令到計數(shù)器，以直接令計數(shù)器向上或向下記數(shù)。在VF的關(guān)斷電路的情況，一個高電平從與門直達計數(shù)器以便在下個周期中向上記數(shù)。當計數(shù)器為下個周期增加一個記數(shù)值，則PWM控制器的下降沿與VF的柵源電壓之間的延遲就會增加，從與門的輸出脈沖就會變窄，這個反饋影響將持續(xù)到VF的柵源電壓和VR的漏源電壓能夠同步。當延遲最佳化時，波形示于圖7(b)。
如在VR控制執(zhí)行電路中所描述，電路將會在兩個延遲值之間抖動，一個是最佳值，而另一個比最佳值略長一些。
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