摘 要：本文在歸納總結LLC諧振變流器現(xiàn)有同步整流技術的基礎上對各技術的優(yōu)缺點進行了詳細的分析和比較，并提出了新型的一次側電流采樣方案以及一種應用于倍壓整流結構的新型電流型同步整流技術。除此之外，本文還從電力電子系統(tǒng)集成的角度提出了新型的單封裝結構同步整流技術解決方案。

0 引言

隨著消費類電子產(chǎn)品需求的不斷擴大，人們對其電源系統(tǒng)的便攜性提出了更高的要求。因此，高效率和高功率密度成為電力電子產(chǎn)品的一個重要發(fā)展趨勢。三元件串聯(lián)LLC諧振變流器在變換效率和功率密度方面具有突出的優(yōu)勢。

目前，大量的國內(nèi)外文獻都對其相關優(yōu)化設計進行了深入的研究，但是當應用于低壓大電流輸出的場合時二次側整流電路的損耗占據(jù)了總損耗較大的比重。為了進一步提高地變換效率和功率密度，同步整流技術在二次側得到廣泛的應用。

1 三元件串聯(lián)LLC諧振變流器的工作原理

傳統(tǒng)LLC諧振變流器的拓撲結構如圖1所示。

諧振網(wǎng)絡由諧振電感L r、諧振電容C r、激磁電感L m組成。圖2為其主要的理想工作波形，根據(jù)工作頻率的不同，我們可以把它分為三個模式，即斷續(xù)模式(fwfr)，其中fw為第一諧振頻率，fr為第二諧振頻率，fs為開關管工作頻率。

圖1 傳統(tǒng)的LLC諧振變流器拓撲結構

圖2 LLC諧振變流器的主要工作波形

由圖2可知，當變流器工作于斷續(xù)模式時，一次側開關驅動信號、變壓器繞組上的電壓與整流管中的電流不是處于同相位。采用一次側控制芯片信號外驅動或電壓型繞組自驅動等驅動方案都不能及時有效地關斷同步管，從而變流器將無法正常地工作于斷續(xù)模式。電流型驅動技術可以滿足各種工作模式的需要，但是驅動電路的設計相對較為復雜。現(xiàn)有智能驅動控制芯片的驅動策略是通過檢測整流管漏源兩極的壓降以產(chǎn)生驅動控制信號，理論上這也能夠實現(xiàn)變流器斷續(xù)模式的正常工作。但是由于同步管的導通壓降很小，芯片本身也具有較多限制，檢測電路容易受到干擾，其應用范圍仍然相當有限。因此對LLC諧振變流器的同步整流方案的研究仍是當前的熱點及難點問題。

2 同步整流驅動技術

1)外驅動

外驅動一般是指同步整流管的驅動信號獨立于主電路，由外部電路產(chǎn)生。傳統(tǒng)的外驅動方式是根據(jù)一次側控制芯片的信號，通過隔離變壓器等給二次側的同步整流管(SR)提供驅動信號;另一種則通過比較電路，檢測SR的漏源極電壓(U DS)，產(chǎn)生驅動信號。目前市場上的智能同步整流驅動芯片就是采用這種控制策略。

(1)傳統(tǒng)型外驅動方案

傳統(tǒng)型外驅動方案如圖3所示。該方案的優(yōu)點在于同步整流的驅動電路簡單，驅動信號可靠;由于采用了隔離變壓器作為信號隔離電路，一次側MOS管VT1的驅動可以省略自舉電路。它的缺點在于變流器只能工作于臨界或者連續(xù)模式，限制了其電壓增益范圍。

圖3 傳統(tǒng)型外驅動

(2)檢測SR UDS電壓型外驅動方案。

市場上現(xiàn)有的絕大部分智能同步整流驅動芯片都采用了檢測U DS電壓信號的方法。如圖4所示。該驅動方案的優(yōu)點是驅動電路簡單，變流器可以工作于不同的三種模式。但是同步整流驅動芯片對外圍電路的參數(shù)設計非常敏感，如SR的導通電阻、檢測電路中的引線電感及同步管的工作溫度等，因此容易受到外界的干擾，而且它也受到芯片本身的條件制約(芯片的工作頻率，關斷延時等)。因此它對PCB的布板設計和變流器的工作頻率等都有比較高的限制要求。圖5是一種采用分離元件組成的檢測U DS電壓型驅動方案。其電路比較簡單，但同樣也比較容易受到干擾，而且二極管VD1與三極管VTd1的選擇比較困難。

圖4 同步整流驅動芯片方案

圖5 分離元件組成的U DS檢測電路