创新的节能技术(NCP4303).ppt

创新的节能技术(NCP4303),有关能效问题,Source:EnergyInformationAdministration,能源统计19902005,更多电厂和更多污染,能效:采用高科技消耗更少的能源达到相同的任务,节制:改变生活方式用更少的能源:,选择?,Source:EnergyStar,全球能效标准,ChinaCNIS,ChinaCSC(ex-CECP),JapanTopRunner,JapanEcoMark,AustralianGreenhouseOffice,CaliforniaEnergyCommission,EuropeCodeofConduct,EuPEcodesign,Eco-Label,ENERGYSTAR,Koreae-Standby,Canada,OE,CE,&more,Europe:CodeofConductEuPEcodesign,Eco-Label,USENERGYSTAR,OE,EPS,CAEnergyCommission,SouthKorea,EPS,Japan,ChinaCNIS,OE,EPS,Taiwan,OE,Australia,OE,CE,EPS,NewZealand,OE,CE,EPS:ExternalPowerSuppliesOE:OfficeEquipmentCE:ConsumerElectronics,不同功率的拓扑结构,IncreasingPowerLevels,forward,flyback,2-transistorforward,LLCHBresonanttopology,拥有丰富的产品,软开关拓扑范例（1）准谐振,MOSFETturnsonwhenVDS(t)reachesitsminimumvalue.MinimizesswitchinglossesImprovestheEMIsignature,MOSFETturnsoninfirstvalley,MOSFETturnsoninsecondvalley,valley,软开关拓扑范例（2）正激有源钳位,Activeclampforwardtopologyoperation,Switchinglosses(turn-on)ValleySwitchingtoreduceswitchinglosses,SeriesResonantLLCHalfBridgeSwitchinglosses=0ZVS,Betterutilizationofmagnetics,软开关拓扑范例（3）半桥谐振,半桥谐振的优点,SeriestypeofresonantconverterthatallowsoperationoverrelativelywideinputvoltageandoutputloadrangesLimitednumberofcomponents:resonanttankcanbepartiallyorfullyintegratedintomaintransformerZeroVoltageSwitching(ZVS)conditionfortheprimaryswitchesunderallloadconditionsZeroCurrentSwitching(ZCS)forsecondaryrectifierunderallloadconditionsSimplesynchronousrectification(SR)implementation,性价比高，高效且低EMI,同步整流基本原理,SprimVDRV(t),SsyncVsync(t),负载,tdelay,输出电容(Cout),Ssync,Sprim,开关电源次级端同步整流(SR)原理及NCP4303SR驱动器应用设计,TheNCP4303isaversatilefullfeaturedcontrolleranddriveforsynchronousrectificationinswitchmodepowersupplieswithhighefficiencyrequirements.,Externallyadjustablemin.onandmin.offtimesLowturnoffdelayandhighsinkcurrentTruesecondaryzerocurrentdetection,FightsringinganddropoutsinducedbyPCBExcellentuseofswitchingcycleforhighefficiency,WideVccrangeupto30Vallowsusewith24Voutputs40nsturnoffdelayfromcurrentsenseinputtodriverInterfacetoexternalsignalforCCMmodeTriggerinputtoenterstandby,lowconsumptionmode5A/2.5Apeaksink/sourcedrivecapabilityParasiticInductionCompensation500kHzmaximumoperatingfrequency,NotebookAdaptersHighPowerAC/DCAdaptersUltraSlimFlatTVGamingConsolesATXpowersupplies,NCP4303A/B次级端同步整流驱动器,NCP4303ADR2G,NCP4303BDR2GSOIC-8DiverClampVoltage:A=12V,B=6V,电源段选择应用同步整流(SR)的理据,高于特定输出功率时，同步整流能够大幅提升能效,计算出来的1个肖特基二极管的损耗,计算出来的1个同步整流MOSFET(含驱动)的损耗,输出功率的1.4%(注1),输出功率的2.17%(注1),输出功率的2.33%(注1),此时应当关闭同步整流,注1：计算针对的是2个SR整流器,-支持在连续导电模式(CCM)和不连续导电模式(DCM)应用中工作-真正的次级零电流检测(ZCD)，带可调节阈值-自动寄生电感补偿-从电流感测(CS)电阻到驱动器有40ns的关闭延迟-在CCM模式下提供至外部信号的接口-以触发器输入进入待机模式-可调节最小导通时间，与Vcc电平无关-可调节最小关闭时间，与Vcc电平无关-5A/2.5A峰值电流驱动能力-电压范围高达30V12V或6V的门驱动钳位电压-低启动电流消耗和低待机电流消耗-最大工作频率可达500kHz,NCP4303同步整流控制器关键持性,NCP4303引脚功能说明,NCP4303:器件框图及关键功能说明,最小导通(ON)和关闭(OFF)时间调节,精确的零电流检测，带可调节阈值,自动寄生电感补偿,在CCM模式下提供至外部信号的接口或关闭工作,NCP4303:应用,NCP4303能用于连续导电模式(CCM)、不连续导电模式(DCM)、准谐振(QR)模式，及反激、正激和其它拓扑结构。,以PCB走线搭接(tracestrap)创建补偿电感,最小导通/关闭时间调节,NCP4303:应用,NCP4303:应用,源自初级端驱动器的触发器信号,需要最小导通/关闭时间,会导致控制器关闭,会导通控制器导通,NCP4303可编程最小导通及关闭时间功能提供消隐特性(blanking)，防止振铃期间开关,MOSFET漏极振铃会导致同步整流控制器出现不需要的开关,典型MOSFET开关特性,最小导通/关闭时间计算,在出现最小导通时间和/或最小关闭时间偶然对地短路的情况下，绝对最小导电时间时长内部钳位为300ns，最小关闭时间时长内部钳位为620ns最大关闭时间和最大导通时间为4.8s,Ton_min=100*10-12*RT_on_minToff_min=100*10-12*RT_off_min,NCP4303零电流检测(ZCD),1)次级电压绕组反相。二极管D1导电，MOSFETM1的漏电压降至-1V,2)SYNC/CS引脚输出100A电流，这电流在Rshift_cs电阻两端产生电压导通/关闭阈值可调节,3)SYNC/CS引脚上的电压低于Vth_cs时，DRV导通,4)电流降低时，漏电压增加到高于Vth_cs阈值，MOSFET关闭,-1V+,VcsVth_cs,Vcs能效降低频率或dIsec(t)/dt越高，能效下降得越多,寄生电感效应,使用了极低导通阻抗(Rds_on)的MOSFET时，这个问题变得很严重,Vth_zcd=0mV的SR控制器,Vth_zcd=-5mV的SR控制器,ZCD阈值电压为0mV的SR控制器为SRMOSFET提供更长的导电周期,NCP4303寄生电感补偿,特意在电路板上增加补偿电感，Lcomp=Ldrain+Lsource,两个感测端子产生补偿电压，调整电流感测比较器的阈值电压,在Lcomp=Ldrain+Lsource(易于确保能够极佳地再现)的情况下，SRMOSFET封装的寄生电感得到完全补偿，系统能够仅根据SRMOSFET导通阻抗，精确地检测次级电流此ZCD系统不会随着di(t)/dt变化而变化如果忽略Lcomp，此ZCD系统完全兼容于当今的ZCD系统。COMP和GND引脚需要短路，且IC的GND引脚必须直接连接至SRMOSFET源极,NCP4303寄生电感补偿,能在电路板上或使用线搭接(wirestrap)提供补偿电感,SRMOSFET门电压,次级电流,由于采用了专利的NCP4303寄生电感补偿技术，导电周期延至最长,NCP4303寄生电感补偿,采用寄生电感补偿时能效提高,已补偿=使用了寄生电感补偿；未补偿=未使用寄生电感补偿,12V/20ALLC应用,MOSFET器件B在满载VDCin=350V、未使用补偿时的波形,Ch1-GateQ6(DRVIC2)Ch2-GateQ1(DRVIC1)Ch3-CurrentinDrainQ6Ch4-CurrentinDrainQ1,由于未补偿TO220封装寄生电感，驱动器在初期关闭。FETB由于导通阻抗更低、寄生电感有更大影响，情况更糟糕。,Ch1-GateQ6(DRVIC2)Ch2-GateQ1(DRVIC1)Ch3-CurrentinDrainQ6Ch4-CurrentinDrainQ1,驱动器差不多在零电流时关闭=能效提升至最高。,MOSFET器件B在满载VDCin=350V、使用了补偿时的波形,NCP4303触发器输入,两种潜在应用：,在轻载期间，同步整流的能效可能比传统整流方法低，因为MOSFET压降减小提供的导电损耗优势被开关损耗所抵消，开关频率在轻载时增加的HBLLC拓扑结构犹为如此。,2)轻载条件下关闭,1)CCM应用中的初级端关闭控制,NCP4303在CCM应用中触发,触发器在从最小关闭时间的末期到最小导通时间的末期之间消隐，目的有两个：抑制输入噪声，避免开关电源布线中的寄生振铃半桥(HB)和HBLLC应用中，在同步脉冲太宽、每个开关周期出现两次时，避免门驱动器错误关闭,TRIG信号的上升沿触发驱动关闭,从触发器到驱动输出的传播延迟为12ns(典型值),NCP4303休眠模式,当Trig/Disable拉至高于1.5V电平时,驱动器关闭如果TRIA维持高电平的时间超过100s，NCP4303进入休眠模式-电流消耗降低至390ATRIG信号释放时，NCP4303在500ns内恢复工作,NCP4303休眠模式,Trig/disable输入的工作波形器件休眠模式过渡,Trig/disable输入的工作波形器件唤醒过渡,简单及无噪声的导通/关闭控制,驱动器钳位选择,某些SRMOSFET提供低通道阻抗以降低门电压，从而提供较低门电压钳位的优势其它SRMOSFET要求较高的门电压NCP4303提供两种门钳位电压：6V(B版本)和12V(版本),某SRMOSFET的理论损耗为输出电流的函数,评估板,240W-12V,20A双电感加单电容(LLC)拓扑结构旨在用于ATX电源或一体机应用,评估板,顶视图,评估板,SR补偿电感详细视图,线搭接(WireStrap),评估板,补偿过的SR系统和某SRMOSFET的评估板在不同输出电流下的能效,评估板,采用某MOSF