SRK2001A：LLC諧振轉換器的自適應同步整流控制器

在電子工程師的日常工作中，找到一款合適的同步整流控制器對于設計高效的電源轉換器至關重要。今天，我們就來深入探討一下STMicroelectronics的SRK2001A，這是一款專門為LLC諧振轉換器設計的自適應同步整流控制器。

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一、產(chǎn)品特性亮點

1. 優(yōu)化設計

SRK2001A是針對LLC諧振轉換器二次側同步整流的優(yōu)化方案，采用中心抽頭二次繞組變壓器進行全波整流。它提供兩個高電流柵極驅動輸出，可直接驅動N溝道功率MOSFET，且每個柵極驅動器獨立控制，互鎖邏輯電路防止兩個同步整流MOSFET同時導通。

2. 性能優(yōu)勢

• 寬電壓范圍與低功耗：VCC工作電壓范圍為4.5V至32V，低功耗模式下靜態(tài)電流僅50μA，能滿足輕載和空載條件下對轉換器功耗的嚴格要求。
• 高頻率與高靈敏度：工作頻率高達500kHz，具備高壓漏源開爾文感應功能，可精準感知每個SR MOSFET的電壓。
• 智能邏輯與可編程性：自適應導通和關斷邏輯，結合自適應屏蔽時間，能最大程度延長SR MOSFET的導通時間，無需寄生電感補償電路。還支持可編程退出負載水平，適用于多種工作模式。

  3. 封裝優(yōu)勢

  采用SSOP10封裝，引腳布局合理，便于PCB設計和焊接。

二、應用領域廣泛

SRK2001A憑借其出色的性能，在多個領域都有廣泛應用：

• 消費電子：AC - DC適配器、一體機電腦、高端平板電視等，能有效提高電源轉換效率，降低能耗。
• 服務器與工業(yè)電源：符合80 + / 85 +標準的ATX SMPS、90 + / 92 +標準的SERVER SMPS以及工業(yè)SMPS，為服務器和工業(yè)設備提供穩(wěn)定高效的電源。

三、引腳功能解析

1. 電源與控制引腳

• VCC：設備的電源引腳，需靠近IC引腳連接旁路電容，以獲得干凈的電源電壓，為內(nèi)部控制電路提供穩(wěn)定的能量。
• GND：設備偏置電流和柵極驅動電流的返回引腳，應連接到兩個同步整流MOSFET源極的公共點。
• EN：使能引腳，具有內(nèi)部上拉功能，可實現(xiàn)遠程開關控制。當引腳電壓低于內(nèi)部閾值VEN_OFF時，控制器停止工作并進入低功耗狀態(tài)；高于閾值VEN_ON時，恢復工作。

  2. 驅動與傳感引腳

• GD1和GD2：柵極驅動輸出引腳，可直接連接到SR MOSFET的柵極。高電平電壓鉗位至11V，避免在高VCC電壓下向SR MOSFET提供過多的柵極電荷。
• DVS1和DVS2：漏極電壓感應引腳，需通過100Ω電阻連接到相應SR MOSFET的漏極，用于感應漏源電壓。
• SVS1和SVS2：源極電壓感應引腳，作為DVS1和DVS2引腳對應的參考電壓，直接連接到相應SR MOSFET的源極。

  3. 編程引腳

• PROG：用于設置從突發(fā)模式退出時的導通占空比。通過連接到GND的電阻，由內(nèi)部精確電流源提供電流，設置電壓VPROG，用戶可根據(jù)應用需求選擇合適的導通占空比。

四、電氣特性與參數(shù)

1. 電源特性

• VCC工作范圍：4.5V至32V，啟動電壓VCC_On為4.25 - 4.75V，關斷電壓VCC_Off為4 - 4.5V，具有0.25V的滯回特性。
• 電流消耗：運行模式下電流消耗Iq_run典型值為700μA，靜態(tài)電流Iq在低功耗模式下典型值為50μA。

  2. 傳感與同步特性

• 漏源感應電壓：最大可達90V，具有多個電壓閾值，如觸發(fā)電壓VTH_A為1.4V，預觸發(fā)電壓VTH_PT為0.7V，導通閾值VTH_ON為 - 130至 - 70mV。
• 開關延遲：最小導通延遲TD_On_min最大為100ns，最大導通延遲TD_On_max在100kHz時為0.5μs。

  3. 驅動特性

• 輸出電流：輸出源峰值電流Isource_pk典型值為 - 0.35A，最大輸出灌電流峰值Isink_pk_ZCD在ZCD比較器觸發(fā)關斷時為4A。
• 開關時間：上升時間tr典型值為140ns，自適應關斷觸發(fā)關斷時的下降時間tf典型值為80ns，ZCD_OFF比較器觸發(fā)關斷時的下降時間tf_ZCD典型值為30ns。

五、工作原理詳解

1. 整體控制邏輯

SRK2001A的核心是控制邏輯塊，由異步邏輯實現(xiàn)。通過比較器感應DVS - SVS引腳對的漏源電壓，生成邏輯信號控制外部功率MOSFET的開關。兩個柵極驅動器狀態(tài)機并行工作，互鎖以避免同時導通，還有一個狀態(tài)機管理正常模式和低功耗模式的轉換。

2. 漏極電壓感應

通過DVS1 - SVS1和DVS2 - SVS2引腳對感應MOSFET的漏源電壓，實現(xiàn)開爾文感應。當變壓器半繞組開始導通時，相應的SR MOSFET導通；電流接近零時，MOSFET關斷。為限制動態(tài)電流注入，DVS1和DVS2引腳需串聯(lián)至少100Ω電阻。

3. 導通邏輯

當感應到的漏源電壓低于VTH_ON閾值時，SR MOSFET導通。為避免誤觸發(fā)，引入自適應屏蔽延遲TD_On，該延遲在高負載時取最小值，隨負載降低而增加，最大可達時鐘周期的10%。

4. 自適應關斷邏輯

SR MOSFET的關斷有兩種機制：自適應關斷機制和ZCD_OFF比較器關斷機制。自適應關斷機制通過自適應算法，在感應到漏源電壓為零后延遲一段時間關斷MOSFET，并逐步調(diào)整延遲以最大化導通時間和實現(xiàn)目標殘余導通時間。ZCD_OFF比較器在快速瞬態(tài)條件下迅速關斷MOSFET，防止電流反轉。

六、注意事項與布局建議

1. 電源與信號穩(wěn)定性

• 確保VCC引腳連接旁路電容，必要時可使用RC濾波器，以獲得干凈的電源電壓。
• 注意DVS和SVS引腳的布線，盡量靠近MOSFET的漏極和源極，以減少寄生電感對電壓感應的影響。

  2. 引腳連接與保護

• GND引腳應連接到同步整流MOSFET源極的公共點，布線時應與負載電流返回路徑分開，且盡量短而粗。
• 對于EN和PROG引腳，要注意其電壓閾值和編程要求，確?？刂破髡９ぷ?。

  3. 噪聲抑制

  在低負載時，ZCD_OFF比較器可能會因漏源感應信號上的噪聲而導致過早關斷?？墒褂肦C緩沖器跨接在SR MOSFET的漏源兩端，以降低噪聲影響。

七、總結

SRK2001A作為一款專為LLC諧振轉換器設計的自適應同步整流控制器，具有諸多優(yōu)異特性和廣泛的應用領域。通過深入了解其引腳功能、電氣特性和工作原理，電子工程師可以更好地將其應用于實際設計中，提高電源轉換器的效率和性能。在實際應用中，還需注意布局和布線等細節(jié)，以確?？刂破鞯姆€(wěn)定運行。大家在使用SRK2001A的過程中，遇到過哪些問題或者有什么獨特的應用經(jīng)驗呢？歡迎在評論區(qū)分享交流。