同步整流(SR)

在圖3所示的變壓器副邊，輸入電壓波形由全橋配置的同步整流器整流，并由輸出電容器濾除干擾信號(hào)，使波形平滑。 同步整流級(jí)由STM32F334微控制器進(jìn)行數(shù)字控制。

驅(qū)動(dòng)同步整流MOSFET開關(guān)管需要檢測(cè)同步整流(SR)端點(diǎn)電壓(VDS_SR1 和 VDS_SR2)。下面討論MOSFET VDS（漏源電壓）的檢測(cè)和控制算法。

漏源電壓檢測(cè)網(wǎng)絡(luò)由快速二極管和上拉電阻組成，上拉電阻連接微控制器（MCU）的電源電壓，如圖6所示。當(dāng)SR MOSFET漏極電壓高于MCU Vcc時(shí)，給二極管施加反向偏壓，檢測(cè)電壓上拉至Vcc。 當(dāng)漏極電壓低于Vcc時(shí)，給二極管施加正向偏壓，檢測(cè)電壓等于該電壓與正向?qū)ǖ亩O管的壓降之和。上拉電阻限制加正偏壓期間的電流。

圖6 同步整流VDS檢測(cè)方法

首先，同步整流MOSFET的體二極管開始導(dǎo)通，VDS檢測(cè)電路測(cè)量到VDS漏源電壓值，如果漏源電壓(VDS)低于設(shè)定閾值(通過MCU DAC外設(shè)設(shè)置的V_{threshold_ON – OFF})，比較器輸出(下降沿)觸發(fā)MCU TIMER外設(shè)的不可重復(fù)觸發(fā)單脈沖模式，如圖7所示。

MCU TIMER外設(shè)向相應(yīng)的同步整流柵極驅(qū)動(dòng)器發(fā)送最小持續(xù)時(shí)間是T_{ON min}的脈沖信號(hào)。

當(dāng)漏源電壓(VDS)高于設(shè)定閾值(通過MCU DAC外設(shè)設(shè)置的V_{threshold_ON – OFF})時(shí)，比較器輸出（上升沿）重置MCU TIMER外設(shè)，并停止向相應(yīng)的同步整流柵極驅(qū)動(dòng)器發(fā)送脈沖，如圖所示。 圖7。

MCU持續(xù)監(jiān)視DC-DC功率級(jí)（HB-LCC）頻率和輸出電流。 如果頻率高于設(shè)置閾值及滯后值或者輸出電流低于設(shè)置閾值及滯后值，則微控制器(MCU)關(guān)閉同步整流級(jí)柵極驅(qū)動(dòng)器，在此階段，MOSFET的體二極管進(jìn)行整流。當(dāng)頻率低于設(shè)置閾值及滯后值或者輸出電流高于設(shè)置閾值及滯后值時(shí)，則微控制器(MCU)開啟同步整流級(jí)柵極驅(qū)動(dòng)器。

根據(jù)DC-DC功率級(jí)（HB-LCC）的工作頻率，可在MCU中的查找表中調(diào)整閾值(V_{threshold_ON – OFF})。

圖7 同步整流數(shù)字控制算法

實(shí)驗(yàn)結(jié)果

我們計(jì)算了STEVAL-LLL009V1在不同負(fù)載下的總能效、功率因數(shù)(PF)和總諧波失真(THD)。當(dāng)負(fù)載為100％時(shí)，能效高于93.5％。圖8、9、10和11分別描述了評(píng)估套件恒壓(CV)和恒流(CC)模式的性能。

圖8 恒壓配置：在不同負(fù)載下輸入電壓與能效的關(guān)系

圖9 恒壓配置：在不同負(fù)載下輸入電壓與功率因數(shù)的關(guān)系

圖10 恒壓配置：在不同負(fù)載下輸入電壓與總諧波失真的關(guān)系

圖11 恒流配置：在不同LED壓降下輸入電壓與能效的關(guān)系

本文提出的數(shù)控電源在恒壓（CV）和恒流（CC）兩種模式下都能提供300W的輸出功率。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，在寬輸入電壓和寬負(fù)載條件下，評(píng)估板取得了較高的電源能效，功率因數(shù)接近一， THD％失真率較低，這歸功于意法半導(dǎo)體的功率器件的出色性能，以及使用STM32F334 32位微控制器實(shí)現(xiàn)的控制策略。

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