反激变换器副边同步整流控制器STSR3应用电路详解

反激变换器副边同步整流控制器STSR3应用电路详解

摘要：为大幅度提高小功率反激开关电源的整机效率，可选用副边同步整流技术取代原肖特基二极管整流器。它是提高低压直流输出开关稳压电源性能的最有效方法之一。

关键词：反激变换器；副边同步整流控制器STSR3；高效率变换器

1 概述

本文给出ST公司2003年新推出的开关电源IC产品STSR3应用电路分析。它是反激变换器副边同步整流控制器，具有数字控制的智能IC驱动器。采用STSR3作同步整流控制芯片的反激变换器基本电路简化结构见图1。STSR3的内部功能方框见图2，其引脚排列见图3。

图1 STSR3典型应用电路简化示意图

图2 STSR3内部功能方框图

图3 STSR3各引脚排列图

STSR3智能驱动器IC可提供大电流输出，以正常地驱动副边的功率MOSFET，使之作为大电流输出的高效率反激变换器中的同步整流器。根据取自隔离变压器副边的一个同步时钟输入，IC产生一个驱动信号，它具有与原边PWM信号相关的死区时间设置。

在原边开关导通时，IC的工作可防止副边发生错误状态，它提供预期的输出截止状态。这个智能的功能实现了快速的逐周逻辑控制机制，它是建立在高频振荡器由时钟脉冲信号来同步。该项预置可由IC外部元件来调节。

经传感检测同步整流器的源极—漏极电压脉冲。这个特殊的禁止功能可以关闭驱动输出，因此当有必要时即刻关掉它。该特性使电源能工作在非连续导通模式下，及避免与变换器并联工作的同步整流器反向导通。

STSR3允许开关电源工作在非连续模式PWM，连续模式PWM，以及在准谐振状态的反激变换器，均能实现同步整流任务。

STSR3的封装的SO-8片状部件，各引脚的符号与功能概述如下：

脚1 N/C，它并不接内电路；

脚2 VCC，供电输入4～5.5V；

脚3 SETANT，设置预期的关断输出；

脚4 CK，为IC工作的同步信号；

脚5 INHIBT，接非连续模式检测器；

脚6 SGLGND，所有控制逻辑信号的基准地线；

脚7 OUTGATE，输出去MOSFET栅极驱动；

脚8 PWRGND，功率信号的基准地电平。

2 STSR3的应用电路分析

STSR3同步整流器控制器具体应用于一种90W笔记本电脑稳压电源的实际电路见图4，其直流输出为＋19V，4.74A。开关电源是反激式变换器，原边主芯片采用复合PFC/PWM新品CM6805。图4中给出了详细的阻容数值。下面分别介绍STSR3在电路设计上的一些特点。

图4 采用STSR3作副边同步整流控制器的实际应用电路图之一

2.1 IC供电Vcc和欠压闭锁输出

STSR3的Vcc供电范围是4～5.5V，其内部有一个齐纳二极管限制最大的供电电压为5 8V。需要外接一只100nF瓷介电容器连在脚2（Vcc）与脚6（SGLGND）之间，以确保稳定供电。该高频电容器应尽量紧靠芯片。而用另一只100nF瓷介电容器接在脚2（Vcc）与脚8（PWMGND）之间。欠压闭锁输出特性保证了正常的起动，避免了万一在Vcc过低时不希望的驱动工作状态。Vcc电压也供给输出端驱动器，因此最大的驱动电压设在5.5V，所以推荐用逻辑栅极门限电平的MOSFET。

2.2 同步工作状态

STSR3具有一种革新的特性，即内在设计使STSR3能工作在副边没有任何来自原边的同步信号条件下。STSR3的同步是直接从副边获得的，它利用同步开关管MOSFET两端上施加的电压脉冲，作为开关转换的传递信息。图2中同步信号从脚4（CK）输入，芯片内部的门限电平设置在2.6V。在CK的输入端接一个峰值检波器，该单元电路能够辨别原边MOSFET开关转换感应信号以及之后出现的正弦波形。它由非连续模式工作或者谐振复位形态引起，。

(a) 峰值检波器输入

(b) 峰值检波器输出

图5 非连续模式DCM工作波形

2.3 连续导通模式

当反激变换器工作在连续导通模式（CCM）时，在同步MOSFET开关管源极与漏极之间的电压脉冲已变为矩形波状，。该电压可以用两种不同的方式加到芯片脚CK上：一是用图7中的电阻分压器方法；二是用图8中的一只二极管和拉住电阻器方法。在大多数情况下，当同步MOSFETA管关断截止时，在电压脉冲波形上会出现一个尖峰信号。在芯片脚CK输入端，必须先消除这一尖峰电压，以避免导致虚假同步触发。在采用电阻分压器R1及R2时，可再增加一只C1高频小电容器来消除尖峰电压突起，。

图6 连续导通模式（CCM）波形

图7 用电阻分压器的同步电路

图8 用二极管D1和R1给脚4（CK）脉冲输入

反激变换器用于电信的一个典型例子，就是直流输入电压具有1：2的可变性范围，典型值为36～72V。因此，副边绕组电压也有1：2的可变范围。那么在36V输入时，由分压电阻器可计算出在脚CK的电压约为2 8V；而当直流输入为72V时，则脚CK电压达到5 6V。即使该值高于脚CK的最大电压也是可以接受的，因为它限制了流入该脚的电流为10mA。

电容器C1的数值取决于同步MOSFET管关断尖峰的幅度，并随R1的数值而变化。为了减小因R1和C1两者引起的延迟，应选用最小的电容值。

在用电源适配器的反激变换器时，其电网输入工作电压为AC85～270V，它的可变范围是1：3。在电网输入电压最低时，必须保证脚CK的电压为2.8V；因此当电网输入电压为最高值时，电压将达到8.9V，或者更高些。该电压值超过了器件允许的最大值。如果通过R1限制流入脚CK的电流值，使之低于脚CK允许的最大电流值，那么芯片仍然可以正常地工作。否则，必须加接二极管D1，以保护芯片不受损。

图8给出了用二极管D1和R1拉住电阻器的同步电路图，用这种电路不存在关断尖峰和脚CK最高电压的问题。由于同步整流器的漏极电压出现振铃，故该电路不能在非连续状态下正常工作。