标题:
安森美半导体新一代同步整流驱动控制器NCP4305显著实现更高能效
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作者:
ebacomms
时间:
2015-9-7 16:57
标题:
安森美半导体新一代同步整流驱动控制器NCP4305显著实现更高能效
安森美半导体的
NCP4305
适用于
Flyback
、
LLC
、
Forward
等大多数主流拓扑,以及
QR
、
DCM
、
CCM
等多种工作模式,提供强大的
8
A/4 A
汲极
/
源极驱动能力,更短的导通延迟和提前关断,而且导通和关断门限可调,有效提升系统能效。
NCP4305
基本特性简介
NCP4305
是
NCP4303/4
的升级版,支持高达
1 MHz
的工作频率,提供大电流门驱动器及高速逻辑电路,用于为同步整流
MOSFET
提供时序恰当的驱动信号。由于其新颖的架构,能在任何工作模式下使同步整流系统保持高能效。工作电压高达
36 V
,外部可调节的最小导通和关断时间帮助解决由印制电路板
(PCB)
布线及其它寄生元件导致的谐振问题,从而提供可靠及无噪声的工作。典型值
12 ns
的极短关断延迟时间使同步整流
MOSFET
导电时间延至最长,从而提升
SMPS
能效。零电流检测
(ZCD)
引脚耐压能力高达
200 V
,允许在
Flyback
应用中将
CS
输入直接连至
MOSFET
漏极。该器件使用开尔文连接法以实现满载时的高能效,采用轻载检测架构以降低轻载时的功耗。
NCP4305
的其它特性还包括:门极驱动自适应、精密的真正次级
ZCD
、超低瞬态电流
(50uA)
、低启动电流和低待机电流等等。该器件的显著优势是能工作于深度
CCM
状态中,且极大地改善轻载能效。
NCP4305
可采用
SOIC-8
、
DFN8
和
WDFN8
三种封装。
MIN_TOFF
和
MIN_TON
引脚通过连接电阻到地,调节最小关断和最小导通时间。
LLD
引脚用于在轻载时调节驱动器钳位电平,或关断驱动器。
DRV
引脚是同步整流
MOSFET
的驱动器输出。
CS(
电流采样检测
)
引脚用于检测电流是否流过同步整流
MOSFET
。
TRIG/DIS
引脚提供超快关断输入,用作在
CCM
应用中关断同步整流
MOSFET
以提升能效,当上拉超过
100 us
时激活禁用模式。
安森美半导体提供
A
、
B
、
C
、
Q
四个版本的
NCP4305
,其中
A
、
C
版本可用于氮化镓
(GaN)
的驱动,
Q
版本具有设置最大导通时间的功能。
NCP4305
工作原理详解
图
2
为
NCP4305
的典型应用原理图。在
LLC
应用中,由于次级端有两个
MOSFET
,且工作时序不同,所以需要两个
NCP4305
分别控制。
NCP4305
主要用于次级端回路
(
即负端
)
,但也可置于次级输出的正端。当置于正端时,必须额外添加辅助线圈为
SR
控制器提供电源,并添加一些元件到
LLD
电路中。
1.
电流检测
CS_OFF
比较器是非常精密的真正的零比较器,通过同步整流将系统能效提升至最高。
NCP4305
的
CS
脚和
SR MOSFET(M1)
之间的电阻用来调节关断电流。当
CS
脚电压低于
VTH_CS _ON
阈值时,
M1
导通;当
CS
脚电压高于
VTH_CS _OFF
阈值时,
M1
关断。
由于在
GND
端和
CS
端之间不仅包括
M1
的导通电阻,还包括
M1
管脚、
PCB
布线产生的寄生电感,而寄生效应会导致电流信号发生变化,从而导致驱动器在电流降至
0
前提前关断,能效降低。为减小寄生效应,
M1
管的封装方式及
PCB
布线至关重要:
GND
引脚必须接至
M1
的源极,
CS
引脚必须接至
M1
的漏极,
M1
管尽量采用
SMT
封装。
2.
最小导通和关断时间
NCP4305
可设置最小导通和最小关断时间,从而屏蔽由于同步整流管导通和关断瞬间导致的噪声。由于寄生效应,同步
MOS
管导通瞬间会产生电压噪声。最小的导通时间设置将避免比较器错误地关断同步
MOS
管。同步
MOS
管关断瞬间会产生电压噪声,且在
DCM
的退磁阶段产生振荡。最小关断时间能够屏蔽噪声并防止同步
MOS
管错误地开通。当
CS
压降低于
CSTH_RESET
阈值时,最小关断时间有随时重启的特性。这种特性,适合于应用在
DCM
工作模式。
3.
自同步整流
NCP4305
的
TRIG
引脚用来控制
SR
的驱动输出,也可用来与系统同步。只有当
TRIG
脚电平低于阈值电压且最小关断时间达到以后,
SR
驱动才会正常工作。在受寄生效应干扰的系统中,该器件启动进行自同步,这自同步特性提供灵活的控制功能。
4.
触发功能在
CCM
中提升能效
在
CCM
应用中,当初级端
MOS
管导通时,通过隔离驱动器强制使次级端
MOS
管关断;当初级端
MOS
管关断,
TRIG
脚功能使次级端
MOS
管导通。这种交替导通特性大大提高系统能效。如图
5
所示,无触发功能的初级端和次级端驱动信号交叠的时间为
40 ns
,远大于带触发功能的
12 ns
,也就是说,触发功能将缩短延迟时间,从而降低损耗。
5.
Q
版本最大导通时间功能使
QR
控制器工作在
CCM
模式
QR
控制器可代替触发功能。通过添加一些元件增添最大导通时间设置功能,可使
QR
控制器强制工作在
CCM
模式。当最大导通时间超过设定值,提前关断
SR
晶体管
(
仍有一些电流流过次级端电路
)
。关断
SR
晶体管的信息被小信号变压器转移到产生伪
ZCD
状况的初级端,所以
QR
控制器可在次级端电流消失前转向初级晶体管,最终进入
CCM
模式,这使变压器可转换比在
DCM
模式更多的能量,为
QR
带来最大峰值功率优势,可大大提升重载时的能效。
6.
自适应驱动器钳位电压
同步整流系统用于
SMPS
应用时,可大大提升系统在重载或满载时的能效。然而,在轻载或无载条件下,
SR MOSFET
和
SR
控制器会产生功耗。
NCP4305
的自适应驱动器钳位电压特性可使输出电压随负载而变化,从而优化轻载和无载条件下的能效。输出电压可通过
LLD
引脚从
0
调至其最大电压。在
Flyback
应用中,
LLD
电路用于间接测量输出功率,并据此调节驱动器输出电压或进入禁用模式;在
LLC
应用中,
LLD
电路用于测量跳周期模式的占空比,并据此改变驱动器输出电压或进入禁用模式。
结语
安森美半导体新一代同步整流驱动控制器
NCP 4305
采用精密的真正零关断比较器,可设置最小的导通和关断时间,其自同步、极短关断延迟时间、强大的驱动能力、自适应门极驱动等特性可将整流损耗降至最低,使其在任何负载条件下都能保持最高能效。该器件可兼容
DCM/CCM Flyback
、
QR Flyback
、正激及半桥谐振
LLC
等多种拓扑,用于高功率密度
AC-DC
电源
的
SMPS
设计中以实现更高能效。
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