智能同步整流控制IC-IR1166／7A-B

摘要：IR1166／7A-B則是一款能從電源變壓器二次側(cè)檢測(cè)信號(hào)作智能式同步整流的控制IC，它不僅不需要從初級(jí)側(cè)傳輸信號(hào)，而且能適應(yīng)多種電路拓樸，還可應(yīng)用于定頻PWM及變頻PWM等方面。文中詳細(xì)介紹了IR1166／7A-B的主要特點(diǎn)、引腳功能、內(nèi)部結(jié)構(gòu)及典型應(yīng)用。
關(guān)鍵詞：IR1166／7；開關(guān)電源；整流

    開關(guān)電源技術(shù)中，使系統(tǒng)效率提升最明顯的是同步整流技術(shù)，應(yīng)對(duì)不同的電路拓樸有不同模式的同步整流控制方法，但至今為止，多數(shù)同步整流控制IC需要從初級(jí)側(cè)取同步信號(hào)，這給同步整流設(shè)計(jì)工作帶來一定的繁鎖。IR公司購買專利技術(shù)新開發(fā)的IR1166／7A-B則是一款能從電源變壓器二次側(cè)檢測(cè)信號(hào)作智能式同步整流的控制IC，它不僅不需要從初級(jí)側(cè)傳輸信號(hào)，而且能適應(yīng)多種電路拓樸，適應(yīng)定頻PWM及變頻PWM，因此它的問世及應(yīng)用是開關(guān)電源技術(shù)的又一大進(jìn)步。

1 主要特點(diǎn)
    IR1167系在開關(guān)電源二次側(cè)專用于驅(qū)動(dòng)同步整流MOSFET的控制IC，且能適應(yīng)DCM、CCM以及多種電路拓樸?？梢怨ぷ髟诙l及變頻兩種模式，也能用于不對(duì)稱半橋電路的同步整流，其主要特色有：
    ◇適應(yīng)反激變換器的DCM、CRM及CCM三種模式工作，還適用于LLC式半橋。
    ◇具有最高500kHz工作頻率。
    ◇可提供總計(jì)7A(IR1166為4A)的輸出驅(qū)動(dòng)及關(guān)斷峰值電流(2A源出5A漏入)的能力。
    ◇其柵驅(qū)動(dòng)輸出電壓在10．7～14．5V。
    ◇可提供50ns關(guān)斷比例延遲。
    ◇VCC電壓從11．3～20V。
    ◇可直接檢測(cè)MOSFET的源漏電壓。
    ◇符合低于1W的Standby能量之星的要求。

2 引腳功能
    IR1166／7A-B共有8(PIN)個(gè)端子，其主要引腳功能如下：
    1PIN VCC IC供電端，內(nèi)部有欠壓鎖定及過壓關(guān)斷保護(hù)。在VCC電壓低于11．3V時(shí)關(guān)斷，高于20V時(shí)關(guān)閉，為防止噪聲干擾，必須在緊靠IC處加一個(gè)足夠大的旁路電容。
    2PIN OVT偏置電壓調(diào)整，OVT端用于調(diào)節(jié)關(guān)斷閾值VTH1的偏移量。此端可選擇接到GND，或接到VCC，或令其浮動(dòng)，共三種輸入偏置調(diào)整。此特色可以應(yīng)對(duì)不同水平的MOSFET的RDSON。
    3PIN MOT最小導(dǎo)通時(shí)間，MOT調(diào)節(jié)端控制最小導(dǎo)通時(shí)間的總量，一旦VTH2穿過第一時(shí)間，即給出柵驅(qū)動(dòng)信號(hào)，令整流MOSFET導(dǎo)通，因?yàn)樘摷傩盘?hào)及振蕩也會(huì)觸發(fā)輸入比較器，所以MOT用于消隱比較器保持MOSFET導(dǎo)通，且維持一個(gè)最小時(shí)間。MOT調(diào)節(jié)范圍在200ns到3μs之間，與地之間接一支電阻即可實(shí)現(xiàn)調(diào)節(jié)。
    4PIN EN使能端，此端可使IC進(jìn)入休息模式，將電壓拉到2．5V以下。在休息模式，IC消耗電流總量很小，當(dāng)然開關(guān)功能也被禁止，無法做柵驅(qū)動(dòng)。
    5PIN VD漏極電壓檢測(cè)端，用于檢測(cè)同步整流MOSFET的漏極電壓，由于此端電壓會(huì)比較高，必須小心處理，用合適的方法將其接到漏極，此外在此端不可作濾波或作限流，這會(huì)影響IC的性能。
    6PIN VS源極電壓檢測(cè)端，用于檢測(cè)同步整流MOSFET的源極電壓，此端必須直接接于電源的GMD及IC的(7)PIN，要用Kelvin接法，盡可能靠近MOSFET的源極端子。
    7PIN GND IC的公共端，內(nèi)部元件及柵驅(qū)動(dòng)的參考端。
    8PIN VGATE柵驅(qū)動(dòng)輸出端，此端為IC驅(qū)動(dòng)同步整流MOSFET的驅(qū)動(dòng)輸出端，源出能力為2A，漏入能力為5A峰值電流。雖然此端可直接接于功率MOSFET柵極，但建議加一支小電阻串入在柵回路中，特別在驅(qū)動(dòng)幾個(gè)同步整流MOSFET并聯(lián)時(shí)，小心地保持柵驅(qū)動(dòng)環(huán)路有最小的路徑，從而實(shí)現(xiàn)最佳開關(guān)性能。

3 內(nèi)部功能
    IR1167的內(nèi)部等效電路如圖1。其基本應(yīng)用電路如圖2所示。

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3．1 UVLO／Sleep模式
    IC保持在UVLO條件之下，直到VCC端電壓超過VCC開啟閾值電壓Vcc on。在IC處于UVLO狀態(tài)時(shí)，柵驅(qū)動(dòng)電路處于非激活狀態(tài)。IC的靜態(tài)工作電流Iccstart流過，UVLO模式在VCCUVLO時(shí)，即為此種狀態(tài)，休息模式可以用將EN端電壓拉低到2．5V以下。在此時(shí)，IC也只有極低的靜態(tài)工作電流。
3．2 正常模式
    一旦VCC超過UVLO電壓，IC即進(jìn)入正常工作模式，此時(shí)，柵驅(qū)動(dòng)可以開始工作，Icc最大的工作電流從VCC電壓源取得。
    IR1167智能同步整流IC可以仿效整流二極管的工作，合適地驅(qū)動(dòng)同步整流用的功率MOSFET。整流電流的方向檢測(cè)由輸入比較器采用MOSF-ET的RDSON作為并聯(lián)電阻，且據(jù)此給出柵驅(qū)動(dòng)輸出，內(nèi)部消隱邏輯用于防止抑制瞬態(tài)干擾，保證CCM或DCM或CRM的工作模式(見圖3)。在反激式變換電路中，有上述三種電流狀態(tài)。

3．3 導(dǎo)通階段
    當(dāng)SR的MOSFET剛開始導(dǎo)通時(shí)，電流先經(jīng)過其體二極管，產(chǎn)生一個(gè)負(fù)電壓VDS，體二極管壓降隨電流而增大，IC檢測(cè)此電壓，在其超過VT-H2時(shí)驅(qū)動(dòng)MOSFET導(dǎo)通，作同步整流，在這一點(diǎn)IR1167驅(qū)動(dòng)MOSFET導(dǎo)通，使VDS降下來，加入一段最小導(dǎo)通時(shí)間MOT(minimum on time)，消隱干擾，保持MOSFET導(dǎo)通，因而MOT還限制了初級(jí)側(cè)的最大占空比。
3．4 DCM及CRM的關(guān)斷階段
    一旦SR的MOSFET導(dǎo)通，會(huì)一直保持到整流電流減下來使VDS達(dá)到閾值VTH1時(shí)進(jìn)入關(guān)斷，這和導(dǎo)通時(shí)工作模式相關(guān)。
    在DCM中，電流跨過閾值有相對(duì)低的di／dt。一旦跨過閾值，電流會(huì)再次流入體二極管，又使VDS電壓跳向負(fù)電平，它取決于電流總量。為防VDS又去觸發(fā)MOSFET到導(dǎo)通，在VTH2之后加入一段消隱時(shí)間tblank，在到達(dá)VTH1后。消隱時(shí)間由IC內(nèi)設(shè)置。當(dāng)VDS電壓變正進(jìn)入VTH2時(shí)，消隱時(shí)間也由IC內(nèi)設(shè)置，當(dāng)VDS電壓變正進(jìn)入VTH3時(shí)，消隱時(shí)間終止。IC進(jìn)入下一周期工作。DCM模式的工作波形見圖4。

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3．5 CCM關(guān)斷階段
    在CCM模式時(shí)，關(guān)斷過程要陡峭得多，di／dt免不了會(huì)更高。導(dǎo)通階段對(duì)DCM及CRM是理想的，但此時(shí)不能重復(fù)。在同步整流MOSFET導(dǎo)通階段，電流將線性地衰減，因此同步整流MOSFET的VDS將升上來。一旦初級(jí)開關(guān)開始返回導(dǎo)通狀態(tài)。同步整流MOSFET的電流會(huì)迅速減小，其壓降跨過VTH閾值而關(guān)斷，具體見圖5。

    關(guān)斷速度較臨界，為防止初級(jí)的交叉導(dǎo)通，并減少開關(guān)損耗，此時(shí)要一段消隱時(shí)間加入，但此階段要給出非常快的動(dòng)作速度，隨著VDS達(dá)到VTH3迅速復(fù)位。
    圖6給出二次側(cè)的DCM、CRM和CCM的工作波形。圖7給出最大允許的VCC電壓和不同負(fù)載的最高開關(guān)頻率關(guān)系。