[发明专利]基于磁通相消的同步整流占空比丢失补偿方法与变换器

说明书

本发明涉及一种基于磁通相消的同步整流占空比丢失补偿方法与具备占空比丢失补偿的LLC谐振变换器，利用磁通相消原理，在同步整流控制器的电压检测环路中引入互感，并产生特定的感应电动势，抵消检测环路中由于寄生电感或寄生互感产生的误差电压，最终解决了LLC变换器中副边同步整流电路中的同步整流管提前关断的问题，提高了变换器效率。与其他的补偿方法相比，本发明在实施上仅需要在检测环路中串入一个线圈或一匝导线，甚至无需调整PCB结构，只需要PCB上印制导线，即可以改善同步整流电路存在占空比丢失问题，进而本发明所述的LLC谐振变换器具有所需器件数量少，易于实施，适用于多种型号同步整流控制器等优点。

技术领域

本发明涉及谐振型DC-DC变换器副边侧大电流同步整流技术领域，更具体地说，涉及一种基于磁通相消的同步整流占空比丢失补偿方法，以及一种具备占空比丢失补偿的LLC谐振变换器。

背景技术

低压大电流DC-DC变换器常常采用同步整流技术来减小整流部分输出阻抗，达到提高变换器效率的目的。以14V变换器为例，若采用二极管全波整流，假设二极管的压降为0.7V，且在不考虑反向恢复损耗的前提下，整流部分的损耗的功率至少占输入功率的5％以上。若采用同步整流，利用受控MOSFET来替换二极管，MOSFET导通电阻上所产生的导通压降往往可以降低到50mV以下。那么，整流部分的损耗仅为0.3％。可见，在低压大电流变换器中应用同步整流技术，可以有效的提高变换器效率。

然而在实际的电压检测型同步整流应用中，往往出现占空比丢失的现象。由于电压检测型同步整流的实现原理是根据MOSFET的V_DS电压(漏端相对源端的电压)来决定MOSFET的工作状态。理想情况下当MOSFET在导通以后，若忽略MOSFET的封装寄生电感，则导通后的MOSFET可以等效为仅用一个导通电阻R_{DS_ON}代替。由于是纯阻性的支路，因此V_DS电压与I_DS电流(漏源间的电流)是同相的。

一般情况下，MOSFET导通后则等效为一个导通电阻R_{DS_ON}和一个封装电感L_package的串联。由于封装电感的存在，使该支路为阻感型的支路，电压相位会先与电流相位。因此，此时V_DS电压的相位就会先于I_DS电流的相位。当电流I_DS开始下降时，V_DS由于相位超前，V_DS会先于I_DS过零。当同步整流控制器检测到V_DS电压过零后，控制MOSFET关断。而此时I_DS并未过零，关断后，I_DS电流通过MOSFET的体二极管流通，由于体二极管存在0.4V左右的导通压降(远大于50mV)，进而产生大量导通损耗。

另一方面，在大电流整流应用中不仅存在封装寄生电感的影响，检测环路的互感也不可忽略。根据同步整流电路解耦等效电路来看，解耦后支路上的互感M₁与自感L_package呈串联关系，即互感和自感都会干扰同步整流控制器的正常工作。

现有技术对于占空比丢失的解决方法主要有三大类：一是利用RC网络自带延时的特性，将检测到的V_DS电压先经过一级RC滤波器，利用RC滤波器产生的延迟来补偿由M₁与L_package产生的提前。但由于RC网络也会导致同步整流管在开通时刻延迟开通，(所延迟时间称为开通延迟，类似关断提前，开通延迟也产生占空比丢失)，加拿大皇后大学的刘燕飞课题组提出了改进型RC滤波器，Zero-Crossing Noise Filter，简称ZCNF。ZCNF滤波器可以在不产生开通延迟的前提下，完成丢失占空比的补偿。其缺点是ZCNF需要引入2个以上的电阻，1个以上的电容再加上至少1个二极管，提高了硬件成本。同时，为了确保补偿网络工作时序的正确性，所选二极管的压降必须和MOSFET体二极管保持一致，极大的增加了器件的选型难度。