高频LLC谐振转换器中的同步整流控制技术详解

在高频LLC谐振转换器设计中，同步整流（SR）控制是提升效率、降低损耗的关键环节。相比传统PWM架构，LLC拓扑具备天然的软开关特性，使其更适合高频运行。然而，其运行状态更为复杂，尤其是在不同负载和开关频率条件下，存在多种工作模式，对SR控制策略提出了更高要求。

以典型的LLC串联谐振转换器（LLC-SRC）为例，在给定负载与开关频率（fsw）相对于谐振频率（fr）的不同关系下，系统可能处于四种不同的工作状态（图1）。当fsw < fr时，整流二极管电流在主开关（Q1或Q2）关断前即归零。此时若采用MOSFET作为同步整流器，则必须控制其导通占空比小于50%，以防止反向电流回流，否则将引起循环电流增加，导致效率下降。

图1

在重载条件下，fsw < fr时整流电流的导通时间约为0.5/fr。因此，一种简单策略是将SR导通时间限制为略小于该值，并在轻载时关闭SR。但这种开环控制方式难以实现最优效率优化，尤其在动态负载变化较大的应用中表现不佳。

目前更主流且可靠的控制方法是基于MOSFET漏源电压（VDS）检测的同步整流方案（图2）。该方法通过比较VDS与两个设定阈值来决定SR的开通与关断。一些先进的控制器（如TI UCC24624）还引入第三个阈值用于驱动比例栅极，从而实现快速关断响应。尽管如此，由于VDS检测依赖高精度电路，且通常受限于电压等级（<200 V）和开关频率上限（<400 kHz），该方法在高压、高频场景中存在局限性。如需UCC24624产品规格书、样片测试、采购、BOM配单等需求，请加客服微信：13310830171。

图2

针对高频LLC及CLLLC双有源桥（DAB）等高阶拓扑结构，Rogowski线圈配合积分器和比较器构成了一种更具优势的SR控制方案（图3）。Rogowski线圈无磁芯结构，具有宽频带、无饱和特性，非常适合高频电流检测。其输出电压与原边电流成导数关系，相位差90°。通过后级积分器处理，可还原出与原电流同相甚至超前的信号，从而提前预测电流过零点。

图3

在实际控制逻辑中，积分器输出经放大后与设定阈值比较，生成SR驱动信号。通过合理配置R1、R2、C1参数，可以调节积分器输出的相位，使其提前于实际电流过零点，有效补偿控制器与驱动器的传播延迟（图4）。此外，系统还可根据负载变化动态调整斜率检测逻辑，进一步优化SR导通时间。

图4

图5展示了在fsw分别为300kHz与400kHz时，SR在理想电流过零点关断的效果，验证了该方法在高频下的精确控制能力。相比于传统VDS检测方式，Rogowski线圈+积分器方案在兆赫级谐振转换器中无频率限制问题，具备更高的灵活性和适应性。

图5