安森美半导体先进的同步整流控制器FAN6248提高能效和可靠性并简化设计

在电源设计中，为提高能效，通常采用同步整流，即用 MOSFET 取代二极管整流器，从而降低整流器两端压降和导通损耗，提供更高的电流能力，实现更高的系统能效。

然而，传统的同步整流在用于 LLC 谐振转换器时，会有不少的技术挑战，如：1) 由于不同工作频率造成最小导通时间设置的困难；2) 由于杂散电感造成过早的同步整流关断，导通损耗增加；3) 轻载条件下由于电容电流尖峰导致同步整流电流反向，最终对系统产生不良影响。

安森美半导体最新推出的同步整流控制器 FAN6248，优化用于 LLC 谐振转换器，完美地解决上述挑战，适用于高能效服务器和台式电脑电源、大屏液晶电视及显示器电源、网络和电信电源、高功率密度适配器、高功率 LED 照明等等。

传统的同步整流用于 LLC 谐振转换器的技术挑战 1、最小导通时间设置的困难 最小导通时间用以避免杂讯的干扰。

谐振电路的工作频率会因轻载和重载而有所不同。

若根据重载条件设置最小导通时间，会因轻载时的最小导通时间太大而延迟关断同步整流；反之，则会因重载时的最小导通时间太小，由开关噪声导致异常关断。

因此，需要自调节的最小导通时间解决这一挑战。

2、杂散电感的影响 器件采用不同的封装会有不同的杂散电感，而杂散电感会导致同步整流关断时的正偏置 VLS，过早的关断同步整流，固定的关断阈值电压导致较长的本体二极管导通，增加导通损耗。

因此，需要自调节的关断阈值电压。

3、在轻载条件下同步整流电流反向 由于在轻载条件下，谐振电容电压幅值不是足够大，激磁电流向谐振电容充电，在充电器件 MOSFET 开关转换产生电容电流尖峰，导通同步整流电流延迟，如果在转换期间由电容电流尖峰开启同步整流，会导致同步整流电流反向。

因此，需要自调节的延迟开启同步整流。

为了解决上述挑战，安森美半导体推出先进的同步整流控制器 FAN6248。

FAN6248 的关键特性 FAN6248 具有反击穿保护特性，确保可靠的同步整流，其独特的自调节死区时间控制补偿寄生电感以保持恒定的死区时间，而不受输出负载和杂散寄生电感的影响，这有助于最小化本体二极管导通和最大化能效。

轻载时当电容电流足以预先导通 MOSFET 时，FAN6248 检测到同步整流器的电流反向。

通过增加在轻载条件下的导通延迟，可避免这样的运行模式，提供安全、稳定和高效的工作。

FAN6248 有一个自调节最小导通时间电路，以更好地抗噪。

它有两个同步整流 MOSFET 门极驱动，专用的 100 V 额定输入用于检测各同步整流 MOSFET 的漏源电压。

支持达 700 千赫的高频工作。

节能模式下的工作电流低，典型值 350 uA。

工作电压范围 4.5 V 至 30 V。

10.5 V 的高驱动输出电压可驱动所有 MOSFET 频段到最低的导通电阻。

图 1 所示为 FAN6248 的典型应用电路，在初级端有一个 LLC 控制器。

在次级端，配置非常简单，包含一个 FAN6248 控制器和 2 个外置电阻，在噪声严重的系统中可能需要再添加 2 个电容。

因此，FAN6248 是个高度集成的控制器，需要最少的外部元件。

 

图 1：FAN6248 的典型应用电路

FAN6248 的同步整流关断算法 FAN6248 采用的同步整流关断算法基于混合式控制，利用检测 MOSFET 的漏极节点收到的即时信息和前一周期的信息，以维持最小的死区时间 200 ns，获得最佳的能效。

该实施可易于用一个简化的电路进行分析，其中关断事件是通过对比漏极电压与一个虚拟的关断阈值 VTH OFF 来确定。

 

图 2：基于混合式控制的同步整流关断算法

1、自调节死区时间控制 当死区时间超过预期的 200 纳秒，FAN6248 内部会自动调低补偿电压 Voffset，从而提高虚拟的 VTH OFF 阈值，延长同步整流导通时间，和减少死区时间至接近 200 ns。

反之，当死区时间少于 200 纳秒，比较器虚拟的阈值 VTH OFF 降低，从而缩短同步整流导通时间，和增加死区时间至接近 200 ns。

因此，该算法使死区时间保持在约 200 纳秒，而不受输出负载和寄生电感的影响。

2、自调节最小导通时间控制 为避免杂讯干扰，同步整流会定义最小导通时间。

FAN6248 有自适应最小导通时间电路。

控制器设置的最小导通时间为上一个周期导通时间的 50%。

在此间隔期内忽略关断触发。

FAN6248 消除电流反向的隐患 轻载时，寄生效应引起的电容电流尖峰会导致 MOSFET 被过早激活而误触发同步整流，产生从输出电容器流回同步整流器的反向电流。

FAN6248 控制器增加了轻载时的导通延迟，当检测到电流反向，导通延迟将由满载时的 80 纳秒增加至轻载时的 380 纳秒，以避免误触发同步整流和电流反向。

FAN6248 的节能模式 当在超过 240 微秒(HA、HB 版本)或 420 微秒(LA、LB 版本)的一段时间没有检测到开关，FAN6248 进入节能模式运行。

在节能模式下，控制器停止所有开关工作，以减小工作电流和降低功耗，该模式下的工作电流是 350 uA。

当检测到 11 个连续的开关周期时，同步整流驱动脉冲再次启用。

FAN6248 的两个版本针对不同的应用需求 FAN6248 分为 HA 和 HB 两个系列：HA 版本的 VTH OFF 设定在 130 mV 或 228 mV，用于采用较大封装如 TO220 或 D2PAK 的同步整流 MOSFET；HB 版本的 VTH OFF 设定在 100 mV 或 175 mV，用于采用较小封装如 PQFN 或 DPAK 的同步整流 MOSFET。

能效测试 我们对 FAN6248 进行了能效测试，其中 Vin=390 Vdc，Vout=12 Vdc，初级控制器采用 NCP1399，满载时频率为 110 kHz，从测试波形可看到，系统在满载、75%负载、50%负载和 25%负载的 4 个点的平均能效高达 96.29%。

 

图 3：FAN6248 提供高能效

总结 安森美半导体的同步整流控制器 FAN6248 解决了传统的同步整流的技术挑战：专有的自调节死区时间控制可保持恒定的死区时间(200 ns)，不受杂散电感的影响，可采用极小导通电阻的同步整流 MOSFET，最大限度地减少本体二极管导通，最大化系统的电源能效。

反击穿控制确保可靠的同步整流工作。

自调节最小导通时间可提供更高抗噪性。

其电流反向检测能防止误触发和电流反向，确保轻载时安全和稳定的工作。

节能模式下工作电流低实现待机模式低功耗。

小封装(SOIC 8 引脚)可减少占板空间和降低成本。

强大的门极驱动能力可实现达 800 W 的高功率系统设计。

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