适用于Flyback变换器的同步整流控制器的设计

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随着高速超大规模集成电路快速发展,半导体器件尺寸不断减小,功耗不断降低,因此要求的供电电压也越来越低,输出电流则越来越大,在低压、大电流的输出环境下,DC/DC变换器中传统的二极管整流方式已经不适用。同步整流技术(Synchronous Rectification,SR),是指利用低导通阻抗的功率MOSFET代替传统的整流二极管来实现整流的一种技术。从上世纪末期开始,得益于MOSFET技术的大幅进步,同步整流技术被引入到开关电源中,降低了整流部分的损耗,提升了开关电源的效率。基于现有的电压型自驱动同步整流技术方案,本文提出了一种适用于反激变换器(Flyback Converter)的同步整流控制电路,完成了电路架构的设计,并对芯片子电路进行了设计与验证。针对断续模式(Discontinuous Conduction Mode,DCM),设计了翻转阈值极小的关断比较器,通过“先消除随机失调再加入固定失调”的方式实现了非常接近零的负电平检测。测试结果表明,关断检测器大大延长了退磁时间内同步整流沟道导通时间,缩短了体二极管导通时间,有效地减小了导通损耗,提升了整流效率。同时加入了同步关断比较器(SYNC Comp),让芯片能够适用于连续模式(Continuous Conduction Mode,CCM)下工作,拓宽了同步整流芯片的应用范围。并且引入了轻载模式,提升了系统在轻载模式下的整流效率。设计了时延小的开启检测器,控制同步整流管的开启,减小了开启阶段体二极管导通时间。加入了振铃/重置检测器,检测每个开关周期的起始点,同时检测振铃的产生,开启TOFF Blanking计时,防止死区时间内同步整流管误开启。完成了基准源电路的设计,为内部子模块提供参考电压或偏置电流。电路基于0.5μm BCD工艺进行了仿真验证,并且进行了流片、封装,最后搭载在Flyback变换器系统中进行实体测试,测试结果表明本文设计的同步整流控制芯片能很好地驱动Flyback变换器的副边同步整流管,相比传统的二极管整流方式,提高了同步整流效率,并且芯片的各个模式下的功能得到了完整的验证。
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