APPLICATION NOTE AN008

SYNC POWER CORP.
APPLICATION NOTE AN008
SP6019 SIMPLIFIES IMPLEMENTATION OF
SYNCHRONOUS RECTIFIER IN HARD SWITCH
CONVERTER
FEB
2009
V1.0
Synchronous Rectifier Products
AN007
1
SYNC POWER CORP.
Table of Contents
Page
1.
摘要 ............................................................................................................. 3
2.
動作原理 ...................................................................................................... 4
3.
腳位說明 ...................................................................................................... 4
4.
內部控制方塊電路 ........................................................................................ 5
5.
工作說明 ...................................................................................................... 6
5.1 輸入電壓與 ............................................................................................ 6
5.2 同步信號的抓取..................................................................................... 6
5.3 負緣判斷控制說明 ................................................................................. 6
5.4 預測式控制說明..................................................................................... 7
5.5 動態調整控制說明 ................................................................................. 7
6.
應用電路 (demo board).............................................................................. 8
6.1 Demo Board應用線路 ........................................................................... 8
6.2 Demo Board拉線圖............................................................................... 8
6.3 Layout 注意事項................................................................................... 9
7.
如何應用與調試............................................................................................ 10
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SYNC POWER CORP.
1. 摘要：
這篇文章在描述說明 如何在 協振拓撲電源 使用同步整流驅動器SP6019來改善提升效
能。我們利用SR Mosfet (低導通電阻)來替代原先的整流二極體 再加上 同步整流驅動器
SP6019，如圖一所示：
圖一. 基本的應用線路
3
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2. 工作原理：
同步整流驅動器SP6019是一顆智慧型的控制IC，他能夠模擬整流二級管的開關時
序，在搭配SR Mosfet (低導通電阻)以節省在整流回路上的損耗。
SP6018的同步信號是抓取 SR Mosfet 上的 泄極到源極的電壓信號 ( Vds )，再透過內部的 dV/dt
的負緣判斷電路來啟動 SP6019 的動作開啟點，這樣的判斷方式可以容易的讓SP6019使用於不
連續的工作模式 ( DCM mode )。
SP6019內部有預測式控制判斷電路，可以讓SP6019 輸出驅動信號於二次測的續電流結束前提前
截止。還可利用外接電容可以調整提前截止的時間 ( 死區時間 dead time ) 以避免SR Mosfet交
越。
3. 腳位說明：
圖二. IC 腳點陣圖
4
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表一. 腳位說明表
Pin
Symbol
Description
1
Timing
2
Pred
3
VR
內部參考電壓，須地外掛電容。
4
Adj
調整動態穩定性，對地外掛電容。
5
GND
6
MOSG-C
7
Vdd
8
SYNC
調整同步動作點。
調整 SR Mosfet 的死區時間(dead time)，對地外掛電容。
接地。
驅動 SR Mosfet Gate。
提供工作電壓。
取樣 SR Mosfet 電壓同步信號 Vds。
4. 內部控制方塊電路：
圖三. 內部方塊圖
5
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5. 工作說明：
5.1 輸入電壓與輸入電壓拴鎖：
SP6019輸入的工作電壓建議12~13V間，最大的靜態輸入電壓為17V；建議在輸入電
壓端點對地並接電容10uf，當 SR Mosfet 越多時所需的外掛電容值越大。
輸入電壓拴鎖為 拴鎖啟動電壓約為10.5V左右。
5.2 同步信號的抓取：
SP6019是抓取 SR Mosfet 上的 泄極到源極的電壓信號 ( Vds )，且 PIN 8 SYNC
內部箝制電壓為 5V、所以我們利用兩個電阻來線性分壓取得同步信號。
5.3 負緣判斷控制說明：
SP6019內部有兩的電壓比較器 3.9V與0.9V，當SR Mosfet Vds 在負緣時 SP6019
會計算 通過3.9V到0.9V的時間、如果計算的時間在所定的RT時間內就觸發 SP6019 PIN 6
MOSG-C。這樣的控制法可以避免在無次極側續流電流時誤觸發。如下圖四所示：
圖四. 負緣觸發圖
5.4 預測式控制說明：
6
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在SP6019內部的預測式控制電路，會計算週期啟動時間以步階的方式調整啟動時
間。在內部會有預設波形與真實的SR Mosfet Vds做比較以避免有交越的動作。我們也可以利
用PIN 2 Pred 外加電容對地來增加 死區時間 dead time 。如下圖五所示：
圖五. 步階啟動時序圖
5.5 動態調整控制說明：
在SP6019內部的動態調整控制電路，會計算每週期啟動時間地變化;當下一週期
PWM on_time；T2-T1 >600ns時，SP6019 會立刻的將PIN 6 輸出工作縮減至1us，以保護
SR Mosfet 不會交越動作。如下圖六所示：
圖六. 動態調整時序圖
T1
T2
SR Mosfet
Vds
MOSG-C pin
Output
7
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6.應用電路(Demo Board)：
6.1 Demo Board應用線路：
圖七.
6.2 Demo Board Layout (top、bottom side)
圖八. Top side layout
Bottom side layout
8
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6.3 Demo Board零件表：
表二.
P/N
TYPE
FUNCTION
VR、R1
50K、10K
R2
5.1K
R3、R4
需要計算
Rg
10
C1
104pF
避免雜訊干擾
C2
68pF
C2 加大可以增加 死區時間 dead time。
C3
0.22uF
C4
30pF
動態穩定調整。
C5
0.1uf
濾除輸入電壓雜訊。
C6
5pF~10pF
調整動作點，決定後可用精密電阻。
提供 Q1 Base 下拉電阻。
提供 SYNC pin 同步信號 取樣，初步可用 R3=10K、R4=5.1K。
SR Mosfet 的閘極保護電阻
穩定 內部參考電壓 ( Typ.= +5Vdc )
濾除同步雜訊。
10uF、10uF 提供 78L12 穩壓電容，若輸出越多 MOSFET 請加大 C7。
C7、C8
D1
1N4148
Q1、Q2
2907/2222A
DZ
5.1V
保護 MOSFET Gate。
加強驅動能力
提供啟動 SR 時間的穩定電壓
6.3 Layout 注意事項：
z
SP6018 所有周邊的所有 GND 先連接到 SP6019 pin 5、再接到 SR Mosfet 的
SOURCE、線路短越好。
z
PIN 8 SYNC 同步信號由 SR Mosfet 的 DRAIN、SOURCE 直接串接 R3、R4。
z
讓 SR Mosfet 與 SP6019 越近越好，因為同步信號是以 SR Mosfet 的 VDS 取樣。
z
若將 SP6019 Layout 在主板上，請勿靠變壓器太近 。因為 SYNC、GND pin 路
徑易在大電流時干擾。
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7.如何應用與調試：
7.1 使用Demo Board在實際線路：
首先將high side的整流二級管兩端短路，在變壓器對地端斷路且與主地間串上SR
Mosfet；再將SP6019 Demo Board 如下圖的腳位接上。如圖九所示：
圖九. SP6019 Demo Board 接線圖
10
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7.2 調試Demo Board在實際線路：
z
先設同步取樣電阻 R3(限流電阻)、R4(分壓電阻)的阻值，計算如下：
Ex：次級側電壓為 30~60V、On Duty(max)=40%、VR pin=5V
SYNC pin input 最大電流 3mA。
R3 (min) =
R3 (min) =
R4 (min) =
R4 (min) =
※
z
Vds(max) X On_time (max) - Set voltage
Limit Current SYNC pin
60V X 40% - 5V
3mA
= 6.33K
Set voltage SYNC pin X R2
Vds(min) - Set voltageSYNC pin
5V X R2
30V - 5V
= 1.267k
初驗證可先 使用 R3=10K、R4=5.1K。
在 Demo Board 上的 RT 為可變電阻，RT 越大、dv/dt 越小、越不容易觸發；
反之 當 RT 越小、dv/dt 越大、就容易觸發，調試時需使用時波器來觀測。如圖
十所示：
圖十
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z
先將 Demo Board 上的 RT 為可變電阻調至到最大，使 SP6019 PIN 6 無觸發。
如圖十所示
z
再載入至 1A，此時將 RT 減小至 SP6019 PIN 6 有信號觸發。 如圖十一所示：
圖十一
z
調整測試無誤後，請依 RT 實際阻值以精密固定電阻代替，完成 SR 調試工作。
z
實際載入狀態如下 (12V/6.6A)：
Io=0.3A
Io=7A
CH2-SR Mosfet Vds、CH3-SR Mosfet Vgs
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7.3 對應Double Forward 雙迴授應用線路：
圖十二
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