SRK2001：LLC諧振轉(zhuǎn)換器的自適應(yīng)同步整流控制器

在電子設(shè)計(jì)領(lǐng)域，LLC諧振轉(zhuǎn)換器因其高效、高功率密度等優(yōu)點(diǎn)而被廣泛應(yīng)用。而SRK2001作為一款專門為LLC諧振轉(zhuǎn)換器優(yōu)化的自適應(yīng)同步整流控制器，無疑為工程師們提供了一個(gè)強(qiáng)大的工具。今天，我們就來深入了解一下這款控制器。

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產(chǎn)品概述

產(chǎn)品信息

SRK2001采用SSOP10封裝，有多種訂貨代碼可供選擇，如SRK2001、SRK2001TR等，包裝形式有管裝和卷帶裝。

特性亮點(diǎn)

• 優(yōu)化的同步整流：專為LLC諧振轉(zhuǎn)換器的次級側(cè)同步整流設(shè)計(jì)，采用雙柵極驅(qū)動N溝道MOSFET，有效提高轉(zhuǎn)換效率。
• 自適應(yīng)邏輯：具備自適應(yīng)關(guān)斷邏輯和帶自適應(yīng)屏蔽時(shí)間的導(dǎo)通邏輯，能自動補(bǔ)償寄生電感，減少能量損耗。
• 低功耗模式：靜態(tài)電流僅50μA，滿足輕載和空載條件下對轉(zhuǎn)換器功耗的嚴(yán)格要求。
• 寬工作電壓范圍：VCC工作電壓范圍為4.5V至32V，適應(yīng)多種應(yīng)用場景。
• 高壓檢測：每個(gè)SR MOSFET采用高壓漏源開爾文檢測，關(guān)斷總延遲僅35ns。
• 多重保護(hù)功能：具備防止電流反轉(zhuǎn)保護(hù)，能安全管理負(fù)載瞬變、輕載和啟動條件。
• 智能睡眠模式：輕載時(shí)可進(jìn)入智能自動睡眠模式，用戶可編程進(jìn)入/退出負(fù)載水平，實(shí)現(xiàn)軟過渡和功能禁用。
• 兼容性強(qiáng)：與標(biāo)準(zhǔn)電平MOSFET兼容，降低設(shè)計(jì)難度。

應(yīng)用領(lǐng)域

廣泛應(yīng)用于AC - DC適配器、一體機(jī)PC、高端平板電視、符合80 +/85 +標(biāo)準(zhǔn)的ATX SMPS、符合90 +/92 +標(biāo)準(zhǔn)的SERVER SMPS以及工業(yè)SMPS等領(lǐng)域。

技術(shù)細(xì)節(jié)剖析

引腳連接與功能

SRK2001的引腳連接清晰明確，每個(gè)引腳都有特定的功能。例如，VCC為器件供電，需靠近IC引腳連接旁路電容以獲得干凈的電源；GND為器件偏置電流和柵極驅(qū)動電流的返回端，應(yīng)連接到同步整流MOSFET源極的公共點(diǎn)。GD1和GD2為柵極驅(qū)動輸出，可直接驅(qū)動功率MOSFET，輸出高電平電壓被鉗位在約11V。SVS1和SVS2用于源電壓檢測，DVS1和DVS2用于漏電壓檢測，需通過100Ω電阻連接到MOSFET的漏極。PROG引腳用于編程睡眠模式進(jìn)入/退出的導(dǎo)通占空比，EN引腳具有使能功能，可實(shí)現(xiàn)自動睡眠模式的啟用/禁用以及遠(yuǎn)程ON/OFF控制。

絕對最大額定值與熱數(shù)據(jù)

在使用SRK2001時(shí)，必須注意其絕對最大額定值，如VCC的直流電源電壓范圍為 - 0.3V至VCCZ，超過這些額定值可能會對器件造成永久性損壞。熱數(shù)據(jù)方面，結(jié)到環(huán)境的最大熱阻為130°C/W，結(jié)到外殼頂部的最大熱阻為10°C/W，工作結(jié)溫范圍為 - 40°C至150°C，存儲溫度范圍為 - 55°C至150°C。

電氣特性

• 電源部分：VCC工作范圍為4.5V至32V，開啟電源電壓為4.25V至4.75V，關(guān)斷電源電壓為4V至4.5V，具有0.25V的滯回電壓。運(yùn)行模式下的電流消耗約為700μA，靜態(tài)電流在低功耗模式下為50μA至65μA。
• 漏源檢測輸入與同步功能：漏源檢測工作電壓最高可達(dá)90V，觸發(fā)電壓、預(yù)觸發(fā)電壓和導(dǎo)通閾值等參數(shù)都有明確的規(guī)定。
• 柵極驅(qū)動器：輸出源峰值電流為 - 0.35A，ZCD比較器觸發(fā)關(guān)斷時(shí)的最大輸出灌電流峰值為4A，上升時(shí)間為140ns，關(guān)斷比較器觸發(fā)關(guān)斷時(shí)的下降時(shí)間為80ns，ZCD比較器觸發(fā)關(guān)斷時(shí)的下降時(shí)間為30ns，輸出鉗位電壓為9V至13V。

工作原理詳解

整體架構(gòu)

SRK2001的核心是控制邏輯塊，由異步邏輯實(shí)現(xiàn)。該數(shù)字電路根據(jù)DVS - SVS引腳對通過比較器塊檢測到的漏源電壓變化，生成邏輯信號控制兩個(gè)外部功率MOSFET的導(dǎo)通和關(guān)斷。同時(shí)，通過兩個(gè)柵極驅(qū)動器狀態(tài)機(jī)并行工作并互鎖，避免兩個(gè)同步整流MOSFET同時(shí)導(dǎo)通，還有一個(gè)狀態(tài)機(jī)管理正常運(yùn)行與睡眠模式之間的轉(zhuǎn)換。

漏電壓檢測

通過DVS1 - SVS1和DVS2 - SVS2兩對引腳檢測MOSFET的漏源電壓（開爾文檢測），以確定何時(shí)導(dǎo)通和關(guān)斷同步整流MOSFET。有三個(gè)重要的電壓閾值：VTH_A（1.4V）用于觸發(fā)相反的柵極驅(qū)動器，VTH_PT（0.7V）用于預(yù)觸發(fā)柵極驅(qū)動器，VTH_ON（ - 130mV至 - 70mV）為導(dǎo)通閾值。

導(dǎo)通邏輯

當(dāng)檢測到的漏源電壓低于VTH_ON閾值時(shí)，SR MOSFET導(dǎo)通。為避免誤觸發(fā)，引入了自適應(yīng)屏蔽延遲TD_On，該延遲在高負(fù)載時(shí)取最小值，隨著負(fù)載降低而增加，以提高各負(fù)載工況下的效率。

自適應(yīng)關(guān)斷

SR MOSFET的關(guān)斷可由自適應(yīng)關(guān)斷機(jī)制（雙斜率關(guān)斷）或ZCD_OFF比較器（快速關(guān)斷）觸發(fā)。由于SR MOSFET的雜散電感影響，檢測到的漏源信號不能準(zhǔn)確反映MOSFET的實(shí)際電壓降，可能導(dǎo)致過早關(guān)斷。為此，采用自適應(yīng)算法，當(dāng)檢測到的漏電壓達(dá)到零時(shí)關(guān)斷SR MOSFET，并逐步調(diào)整關(guān)斷時(shí)間以實(shí)現(xiàn)最大導(dǎo)通時(shí)間。

智能自動睡眠模式

該模式基于雙時(shí)間測量系統(tǒng)，通過測量半開關(guān)周期和同步整流器的導(dǎo)通時(shí)間來判斷是否進(jìn)入睡眠模式。當(dāng)負(fù)載降低，導(dǎo)通占空比低于DOFF時(shí)，器件進(jìn)入睡眠模式；當(dāng)導(dǎo)通占空比超過DON時(shí)，重新啟用SR MOSFET柵極驅(qū)動。為避免誤判，睡眠模式條件需連續(xù)512個(gè)時(shí)鐘周期確認(rèn)。進(jìn)入睡眠模式后，會采用軟睡眠過渡程序，減少對系統(tǒng)的干擾。

突發(fā)模式操作

當(dāng)檢測到初級控制器停止開關(guān)，且DVS1和DVS2引腳電壓高于VTH_A至少20μs時(shí)，SRK2001進(jìn)入低功耗狀態(tài)。初級控制器重新啟動開關(guān)后，當(dāng)檢測到導(dǎo)通占空比超過用戶通過RPG電阻編程的DON_BM值時(shí)，SRK2001恢復(fù)工作。

EN和PROG引腳功能

通過EN和PROG引腳，用戶可以配置自動睡眠模式的啟用或禁用。在啟動階段，根據(jù)連接到EN和PROG引腳的電阻值，設(shè)置進(jìn)入和退出睡眠模式的導(dǎo)通占空比。在正常運(yùn)行時(shí)，EN引腳還可作為遠(yuǎn)程ON/OFF輸入。

設(shè)計(jì)建議

布局準(zhǔn)則

• GND引腳布局：GND引腳應(yīng)連接到同步整流MOSFET源極的公共點(diǎn)，布線時(shí)要使兩個(gè)SR MOSFET的源極盡可能靠近，且與負(fù)載電流返回路徑分開，走線應(yīng)盡量短且靠近物理源極，以保證電路的電氣對稱性。
• 漏源電壓檢測：漏源電壓檢測應(yīng)盡可能靠近MOSFET的漏極和源極，以減少負(fù)載電流路徑中的雜散電感對檢測電路的影響。
• 旁路電容：建議在VCC和GND之間使用低ESR、低ESL的旁路電容，并靠近IC引腳放置。必要時(shí)，可在轉(zhuǎn)換器輸出電壓和VCC引腳之間串聯(lián)一個(gè)幾十歐姆的電阻，與旁路電容形成RC濾波器，獲得更干凈的VCC電壓。

總結(jié)

SRK2001作為一款高性能的自適應(yīng)同步整流控制器，憑借其豐富的特性和強(qiáng)大的功能，為LLC諧振轉(zhuǎn)換器的設(shè)計(jì)提供了優(yōu)秀的解決方案。在實(shí)際應(yīng)用中，工程師們需要充分了解其工作原理和特性，合理進(jìn)行引腳配置和布局設(shè)計(jì)，以發(fā)揮其最大優(yōu)勢，實(shí)現(xiàn)高效、穩(wěn)定的電源轉(zhuǎn)換。大家在使用SRK2001的過程中，有沒有遇到什么有趣的問題或者獨(dú)特的解決方案呢？歡迎在評論區(qū)分享交流。