多輸出隔離電源利用次級(jí)側(cè)同步后置穩(wěn)壓器實(shí)現(xiàn)高效率
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許多通訊、服務(wù)器和其他應(yīng)用領(lǐng)域都需要多輸出電壓的隔離電源，但是對(duì)所有的輸出電壓都提供嚴(yán)密調(diào)節(jié)是令電源設(shè)計(jì)工程師們頭疼的事。一般的，設(shè)計(jì)者在每個(gè)輔助輸出端加一個(gè)線性調(diào)節(jié)器，但線性調(diào)節(jié)器的效率非常低，限制了它的低輸出電流應(yīng)用。另一個(gè)選擇是用一個(gè)降壓轉(zhuǎn)換器作為后調(diào)節(jié)器。這種方法有較好的效率，但是如果后調(diào)節(jié)器在初級(jí)輸出端級(jí)聯(lián)的話，電源需要一個(gè)更大的輸出電感和電容，或者如果用多個(gè)副線圈的話將需要附加的整流器、電感和電容器。附加的電源轉(zhuǎn)換級(jí)和元器件增加了傳導(dǎo)損耗。另一個(gè)選擇是用磁放大后調(diào)節(jié)器，它的效率很高，特別是對(duì)中低電流的應(yīng)用，但在高電流應(yīng)用中效率很低。而且，它的復(fù)雜的裝配和輕負(fù)載時(shí)的低調(diào)節(jié)度使它不是一個(gè)完美的解決方案。一個(gè)較好的選擇是用新型的LT3710設(shè)計(jì)后調(diào)節(jié)器。
LT3710控制器在多輸出隔離電源的精確調(diào)節(jié)應(yīng)用方面具有簡(jiǎn)單、高效率等優(yōu)點(diǎn)。LT3710是一種帶雙N通道MOSFET驅(qū)動(dòng)的同步下降沿開(kāi)關(guān)調(diào)節(jié)控制器，它可直接由變壓器的次級(jí)繞組生成一個(gè)精確穩(wěn)壓的次級(jí)輸出，從而最大限度地減小了主級(jí)輸出電感器和電容器尺寸。LT3710是一種帶可編程電流保護(hù)和高達(dá)500KHz轉(zhuǎn)換頻率的持續(xù)頻率電壓模式控制器。初級(jí)調(diào)節(jié)使它能很好地與無(wú)論電流模式還是電壓模式的主要輸出控制回路一起工作。
圖1 LT3710簡(jiǎn)單應(yīng)用電路和主要波形圖
LT3710后置穩(wěn)壓器的工作原理
LT3710基本功能模塊包括一個(gè)用作反饋調(diào)節(jié)的電壓放大器，一個(gè)與級(jí)開(kāi)關(guān)脈沖同步的斜波發(fā)生器，一個(gè)帶初級(jí)調(diào)節(jié)PWM比較器，一個(gè)限流放大器和高速M(fèi)OSFET驅(qū)動(dòng)器。
圖1給出了LT3710的一個(gè)簡(jiǎn)單應(yīng)用電路和主要波形圖。主要輸出功率級(jí)是一個(gè)前向變換器。LT3710調(diào)節(jié)輔助輸出電壓Vout2。LT3710電路看似一個(gè)同步轉(zhuǎn)換器，除了輸入是一個(gè)從副線圈變壓器整流過(guò)來(lái)的脈沖電壓。
在一般的工作情況下，轉(zhuǎn)換周期從t0時(shí)刻開(kāi)始，即變壓器的次級(jí)整流電壓V1的下降沿。觸發(fā)一個(gè)斜波從而開(kāi)始一個(gè)新的PWM轉(zhuǎn)換周期，關(guān)閉高電平MOSFET Q1(控制開(kāi)關(guān))，打開(kāi)低電平Q2(同步開(kāi)關(guān))。從t0到t1，主轉(zhuǎn)換器Qp和LT3710電路的控制開(kāi)關(guān)都是“關(guān)”的。在t1時(shí)刻，變壓器的次級(jí)整流電壓V1變高。在這一過(guò)程中(t1到t2)，主變換器的控制開(kāi)關(guān)是“開(kāi)”的，但LT3710的控制開(kāi)關(guān)保持“關(guān)”。主控制電流Ip等于反射的主輸出電感的電流IL1/N，其中N是變壓器原副線圈的匝數(shù)比。從t0到t2，開(kāi)關(guān)節(jié)點(diǎn)電壓V2保持在零附近，輔助電感電流IL流入Cout2和經(jīng)Vout2流入負(fù)載。這種狀態(tài)將持續(xù)到t2時(shí)刻，PWM斜波信號(hào)與電壓誤差放大器的輸出Vaout相交叉。高電平MOSFET Q1打開(kāi)，低電平Q2關(guān)閉。開(kāi)關(guān)節(jié)點(diǎn)電壓V2被拉高到V1，給輔助電感充電。從t2到t3，主轉(zhuǎn)換器Qp和LT3710電路的控制開(kāi)關(guān)都是“開(kāi)”的。主開(kāi)關(guān)電流Ip是這段時(shí)期反射主輸出電感電流和輔助輸出電感電流的總合(IL1+IL)/N。這種狀態(tài)在t3時(shí)刻結(jié)束，此時(shí)變壓器的次級(jí)整流電壓V1變?yōu)榱?，下一個(gè)開(kāi)關(guān)周期開(kāi)始了。
在t2時(shí)刻，當(dāng)LT3710的控制開(kāi)關(guān)打開(kāi)時(shí)，主開(kāi)關(guān)電流有一個(gè)跳變。即使峰值電流模式控制用于初級(jí)，初級(jí)調(diào)制也能消除環(huán)路的不穩(wěn)定性。
LT3710的同步閾值大約為2.5V，變壓器次級(jí)整流的下降沿必須每個(gè)周期都穿過(guò)該閾值。為了保證正確同步，LT3710內(nèi)置振蕩器頻率應(yīng)設(shè)置得比系統(tǒng)開(kāi)關(guān)頻率低一些。
輔助輸出Vout2的范圍從0.8V大到接近主輸出電壓Vout1。Vout2可由D2Vsp決定，其中Vsp為次級(jí)電壓Vin/N的幅度，D2為開(kāi)關(guān)節(jié)點(diǎn)電壓V2的工作周期。
圖2(a) 36V~72V DC至3.3V/10A和2.5V/10A雙輸出隔離電源(第一部分：主變換器)
圖2(b) 36V~72V DC至3.3V/10A和2.5V/10A雙輸出隔離電源(第二部分：后置穩(wěn)壓器電路)
雙輸出隔離雙開(kāi)關(guān)的向電源
圖2 所示為L(zhǎng)T3710的一種應(yīng)用，一個(gè)雙輸出高效隔離DC/DC電源，輸入電壓范圍36V~72V，產(chǎn)生3.3V/10A和1.8V/10A兩種輸出。基本功率級(jí)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)是采用一個(gè)同步整流的雙開(kāi)關(guān)前向變換器。初級(jí)控制器用一個(gè)LT3781，它是一個(gè)內(nèi)置MOSFET驅(qū)動(dòng)器的電流模式雙開(kāi)關(guān)前向控制器。在次級(jí)側(cè)，一個(gè)同步整流控制器LTC1698為主3.3V輸出提供電壓反饋，并為同步MOSFET提供柵級(jí)驅(qū)動(dòng)。主3.3V電路的誤差放大輸出流入光耦并接到初級(jí)LT3781來(lái)完成主3.3V的調(diào)節(jié)。輔1.8V輸出由LT3710電路精確調(diào)節(jié)。
限流也由LT3710提供。電流極限可通過(guò)外部敏感電阻Rsense編程為70mV/Rsense。若無(wú)需限流，則把電流判讀針CL+和CL-接地。
一個(gè)脈沖工程平坦變壓器充當(dāng)電源變壓器。此變壓器建立在一個(gè)帶九匝主線圈、兩匝副線圈、七匝輔助線圈的PQ20芯上，輔線圈作為L(zhǎng)T3781側(cè)供應(yīng)電源。由于最大副線圈電壓約為16V，考慮到副電壓過(guò)沖擊的典型值為20%到30％，所以選擇30V的MOSFET。這種設(shè)計(jì)中，選擇Si7892DP N通道MOSFET是為了低RDS(ON)、30V的VDSS額定值和熱敏SO-8封裝的PowerPAKTM。
這一電路在開(kāi)關(guān)頻率230KHz時(shí)提供1500V的輸入－輸出隔離。其他的特性包括初級(jí)開(kāi)關(guān)控制、3.3V輸出時(shí)正負(fù)5％的次級(jí)補(bǔ)償、輸入過(guò)壓保護(hù)、低壓切斷和熱切斷。全部電路裝配在標(biāo)準(zhǔn)的半英寸厚、半磚大的PC板上。
圖3顯示了LT3710后置穩(wěn)壓器在48V輸入、3.3V/10A和1.8V/10A輸出時(shí)的輸入電壓、開(kāi)關(guān)節(jié)點(diǎn)電壓、電感電流波形。此電路的效率曲線如圖4所示。在48V輸入和主輸出、副輸出滿負(fù)荷負(fù)載時(shí)所測(cè)得的總效率為86％。
圖3 后置穩(wěn)壓器在48V輸入至3.3V/10A和2.5V/10A輸出時(shí)的輸入電壓、開(kāi)關(guān)節(jié)點(diǎn)電壓、電感電流波形
圖4 圖2電路的效率－負(fù)載電流曲線
圖5 用LT3710構(gòu)成的推挽式變換器的簡(jiǎn)單電路
圖6 用LT3710構(gòu)成全橋式變換器的簡(jiǎn)單電路
其他應(yīng)用LT3710的隔離拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)
LT3710的應(yīng)用不僅限于前向變換器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，它還可用于降壓型結(jié)構(gòu)導(dǎo)出的單端或雙端隔離拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，比如推挽式、半橋和全橋轉(zhuǎn)換器。圖5顯示了用LT3710構(gòu)成的推挽式變換器的簡(jiǎn)單電路，初級(jí)控制器是一個(gè)LTC1922－1同步相位調(diào)制控制器，次級(jí)用LT1431和一個(gè)可用來(lái)反饋輸出信號(hào)驅(qū)動(dòng)光耦合器的編程基準(zhǔn)。次級(jí)MOSFET可以由LT1693-1驅(qū)動(dòng)，它包含兩個(gè)高速雙N通道MOSFET驅(qū)動(dòng)器。LT3710調(diào)節(jié)輔助輸出。注意因?yàn)殡p端次級(jí)結(jié)構(gòu)，LT3710工作在主輸出推挽轉(zhuǎn)換器開(kāi)關(guān)頻率的兩倍頻率處。更高的開(kāi)關(guān)頻率意味著電感L2和輸出電容C2可以更小些。圖6顯示了LT3710的全橋式應(yīng)用。
結(jié)語(yǔ)
LT3710是一種高效的次級(jí)同步后置穩(wěn)壓器控制器，在多輸出隔離電源中用來(lái)產(chǎn)生嚴(yán)密調(diào)節(jié)的輔助輸出。LT3710提供了一個(gè)簡(jiǎn)單、高效和節(jié)省空間的后調(diào)節(jié)方案，特別是在低電壓/高電流的應(yīng)用中。(翠欽譯)
評(píng)論