深入解析FAN6248：LLC谐振转换器的高级同步整流控制器

在电子工程师的日常工作中，LLC谐振转换器的设计是一个重要的课题。而同步整流控制器在其中扮演着关键角色，它能够显著提高转换器的效率。今天，我们就来深入了解安森美（onsemi）推出的FAN6248系列高级同步整流控制器。

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一、FAN6248概述

FAN6248是一款专为LLC谐振转换器拓扑优化的高级同步整流（SR）控制器，其最大的亮点在于仅需最少的外部组件就能实现高效控制。它拥有两个驱动级，分别用于驱动整流次级变压器绕组输出的SR MOSFET，且这两个栅极驱动级都有各自独立的感应输入，可独立运行。

1. 版本差异

根据工作频率和关断阈值电压，FAN6248有四个不同版本：FAN6248HCMX、FAN6248HDMX、FAN6248LCMX和FAN6248LDMX，工程师可以根据具体的设计需求进行选择。

2. 主要特性

• 高度集成：以最少的外部组件实现同步整流的自包含控制，简化了设计流程。
• 优化设计：专门针对LLC谐振转换器进行优化，能更好地适配该拓扑结构。
• 可靠运行：具备防直通控制功能，确保SR可靠运行。
• 独立感应：拥有独立的100V额定感应输入，可分别感应每个SR MOSFET的漏极和源极电压。
• 自适应补偿：自适应寄生电感补偿功能可最大程度减少体二极管导通，提高效率。
• 宽工作范围：工作电压范围高达30V，工作频率范围从25kHz到700kHz，能适应多种应用场景。
• 低功耗：启动和待机电流消耗低，绿色模式下工作电流典型值仅为350μA。
• 环保设计：这些器件无铅、无卤素，符合RoHS标准。

二、应用领域

FAN6248的应用范围广泛，涵盖了多个领域：

• 高功率密度适配器：如笔记本电脑适配器和高功率密度适配器，能有效提高功率转换效率。
• 电视电源：适用于大屏幕LCD - TV、PDP - TV和RP - TV的电源，为电视提供稳定的电力支持。
• 桌面和服务器电源：在高效桌面和服务器电源中发挥重要作用，确保设备稳定运行。
• 网络和电信电源：为网络和电信设备提供可靠的电源供应。
• 高功率LED照明：满足高功率LED照明的电源需求，提高照明效率。

三、引脚说明

引脚编号	引脚名称	描述
1	GATE1	SR1的栅极驱动输出
2	GND	接地
3	VD1	同步整流漏极感应输入，可通过外部串联电阻调整同步整流关断阈值
4	VS1	SR1的同步整流源极感应输入
5	VS2	SR2的同步整流源极感应输入
6	VD2	同步整流漏极感应输入，可通过外部串联电阻调整同步整流关断阈值
7	VDD	电源电压
8	GATE2	SR2的栅极驱动输出

四、电气特性

1. 输入电压

• 启动阈值：VDD_ON为4.2 - 4.7V（典型值4.5V），当VDD上升到该范围时，控制器启动。
• 关断阈值：VDD_OFF为4.0 - 4.4V（典型值4.2V），当VDD下降到该范围时，控制器关断。
• SR栅极使能阈值电压：VDD_GATE_ON为7.2V。

2. 工作电流

• 正常工作电流：IDD_OP在fSW = 100kHz，CGATE = 3.3nF时，典型值为8.5mA。
• 启动电流：VDD = VDD_ON - 0.1V时为200μA，VDD = 12V（无开关）时为350 - 500μA。
• 绿色模式工作电流：IDD_GREEN典型值为350μA。

3. 输出驱动

• 栅极钳位电压：VGATE_MAX在12V < VDD < 25V时，为9 - 12V（典型值10.5V）。
• 输出电压低：VOL在VDD = 12V，VD1 = VD2 = 2V，IGATE = 50mA时，最大为1.5V。
• 输出电压高：VOH在VDD = 12V，IGATE = - 50mA时，最小为7V。
• 峰值源电流：SOURCE在VDD = 12V，VGATE = 2V时，典型值为0.7A。
• 峰值灌电流：ISINK在VDD = 12V，VGATE = 7V时，典型值为1.4A。
• 上升时间：tR在VDD = 12V，CL = 3.3nF，VGATE从2V到7V时，典型值为50ns。
• 下降时间：tF在VDD = 12V，CL = 3.3nF，VGATE从7V到2V时，典型值为30ns。

4. 开关频率

• 最大开关频率：fMAX为700kHz。
• 最小开关频率：fMIN为25kHz。

五、工作原理及控制算法

1. 基本工作原理

FAN6248基于DRAIN和SOURCE引脚间的瞬时漏源电压来控制SR MOSFET。在SR栅极开启前，SR体二极管作为传统二极管整流器工作。当体二极管开始导通，漏源电压降至导通阈值电压(V{TH - ON})以下，触发SR栅极开启。此时，漏源电压由SR MOSFET的导通电阻(R{dson})与瞬时SR电流的乘积决定。当SR MOSFET电流降至接近零，漏源电压达到关断阈值电压(V{TH - OFF})时，FAN6248关闭栅极。

2. SR关断算法

为了实现稳定的SR控制，FAN6248采用了混合类型控制方法。一方面，将瞬时漏极电压(V{Drain})与(V{TH - OFF})比较来关断SR栅极；另一方面，通过外部电阻(R{offset})和内部调制电流(I{offset})产生的偏移电压(V_{offset})来补偿杂散电感的影响，确保无论寄生电感如何，都能保持280ns的死区时间。

3. 自适应死区时间控制

由于SR MOSFET的引线框架和PCB图案的杂散电感会在SR电流减小时在漏源电压上产生正电压偏移，导致SR栅极过早关断。FAN6248通过可变的内部关断阈值电压(V{TH - OFF1})和(V{TH - OFF2})（2步）以及调制偏移电压(V_{offset})（16步）的组合，形成自适应虚拟关断阈值电压，以补偿这种偏移，使死区时间保持在目标值附近。

4. 最小导通时间

为了避免SR MOSFET漏源电压振荡导致的误触发关断，FAN6248采用自适应最小导通时间。根据上一个开关周期测量的SR导通时间(TSRCOND)，将最小导通时间定义为(TSRCOND)的25%，既能保证稳定控制，又能避免轻载时的问题。

5. 电容电流尖峰检测

在轻载条件下，初级侧开关转换可能会导致电容电流尖峰，使SR MOSFET的体二极管短时间导通，产生误触发信号。FAN6248通过检测SR电流反转来识别这种情况，当(V{DS - SR})高于(V{TH - OFF})持续((T{SRCOND} × K{INV}))时，检测到SR电流反转，立即关闭SR并增加下一个周期的导通延迟，从而防止误触发。

6. 轻载检测

FAN6248通过监测调制电流(IOFFSET)来检测轻载条件。当输出负载较重时，(IOFFSET_STEP)下降以维持280ns的死区时间；而在轻载时，(IOFFSETSTEP)增加。当SR关断阈值电压为(V{TH - OFF1})且调制电流高于(IOFFEST_STEP8)时，触发轻载检测，此时死区时间目标在FAN6248HC(D)中变为320ns，在FAN6248LC(D)中变为360ns。

7. 绿色模式

当电源系统在极轻负载条件下运行时，FAN6248禁用SR操作并进入绿色模式。在绿色模式下，所有主要模块都被禁用以最小化工作电流。当(V_{DS - SR})在初级侧LLC控制器的突发模式下无开关操作时间超过(tGRN_ENT)，经过(tGRN_ENT_DBNC)的去抖时间后，进入绿色模式。当突发模式中的非开关时间小于(tGRN_EXT_H)或检测到7个连续开关周期时，退出绿色模式。

六、总结

FAN6248作为一款高级同步整流控制器，凭借其高度集成、自适应控制和低功耗等特性，为LLC谐振转换器的设计提供了强大的支持。在实际应用中，工程师可以根据具体需求选择合适的版本，并充分利用其各种控制算法来提高转换器的效率和稳定性。你在使用类似控制器的过程中遇到过哪些问题呢？欢迎在评论区分享你的经验和见解。