鉅大LARGE | 點(diǎn)擊量：998次 | 2019年12月26日
反激式控制器簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)方案
在隔離型DC/DC應(yīng)用中廣泛使用反激式轉(zhuǎn)換器已有多年，然而，它們卻未必是設(shè)計(jì)人員的首選。電源設(shè)計(jì)師選用反激式轉(zhuǎn)換器并不是因?yàn)樗鼈兛山档驮O(shè)計(jì)難度，而是迫于較低功率隔離要求的壓力，實(shí)乃不情愿之舉。由于控制環(huán)路中眾所周知的右半平面零點(diǎn)的原因，反激式轉(zhuǎn)換器存在穩(wěn)定性問題，而且光耦合器的傳播延遲、老化和增益變化還會(huì)使該問題進(jìn)一步復(fù)雜化。此外，反激式轉(zhuǎn)換器還需要專門花費(fèi)大量的時(shí)間進(jìn)行變壓器的設(shè)計(jì)，而由于可供選擇的市售變壓器品種有限且有可能需要定制變壓器，所以導(dǎo)致此項(xiàng)設(shè)計(jì)工作變得愈發(fā)復(fù)雜。不過(guò)，凌力爾特公司近期發(fā)布的LT3748隔離型反激式控制器解決了此類反激式設(shè)計(jì)的諸多難題。
新型反激式IC簡(jiǎn)化了設(shè)計(jì)
首先，LT3748免除了增設(shè)光耦合器、副端基準(zhǔn)電壓和電源變壓器附加第三繞組的需要，同時(shí)保持了主端與副端之間的隔離（只有一部分必須橫跨隔離勢(shì)壘）。LT3748運(yùn)用了一種主端檢測(cè)方案，該方案能通過(guò)反激式變壓器主端開關(guān)節(jié)點(diǎn)波形來(lái)檢測(cè)輸出電壓。在開關(guān)斷開期間，輸出二極管負(fù)責(zé)向輸出端提供電流，而輸出電壓被反射至反激式變壓器的主端。開關(guān)節(jié)點(diǎn)電壓的數(shù)值是輸入電壓與反射輸出電壓之和（LT3748能夠重構(gòu)）。這種輸出電壓反饋技術(shù)在整個(gè)線路電壓輸入范圍、溫度范圍以及一個(gè)2%至100%的負(fù)載范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)了優(yōu)于±5%的總調(diào)節(jié)準(zhǔn)確度。圖1示出了一款采用LT3748的反激式轉(zhuǎn)換器原理圖。
LT3748可接受一個(gè)5V至100V的輸入電壓，處于該范圍內(nèi)的輸入電壓可以直接施加至IC，而無(wú)需使用一個(gè)串聯(lián)降壓電阻器。由于具有高電壓板上LDO并采用MSOP-16封裝（去掉了4個(gè)引腳以實(shí)現(xiàn)額外的高壓引腳間隔），因此該器件能在高輸入電壓條件下可靠運(yùn)作。另外，這款器件的板上柵極驅(qū)動(dòng)器可為一個(gè)外部NPN電源開關(guān)供電，使得它能夠提供高達(dá)50W左右的功率（其最大輸出功率取決于外部組件選擇、輸入電壓范圍和輸出電壓）。
此外，LT3748所運(yùn)用的邊界模式操作進(jìn)一步簡(jiǎn)化了系統(tǒng)設(shè)計(jì)，并縮減了總體轉(zhuǎn)換器的外形尺寸和占板面積。LT3748反激式轉(zhuǎn)換器在副端電流減小至零之后立即接通其內(nèi)部開關(guān)，并在開關(guān)電流達(dá)到預(yù)定電流限值時(shí)關(guān)斷。于是，它始終工作在連續(xù)導(dǎo)通模式（CCM）和不連續(xù)導(dǎo)通模式（DCM）的轉(zhuǎn)換之時(shí)，這通常被稱為邊界模式或臨界導(dǎo)通模式。該器件的其他特點(diǎn)包括可編程軟起動(dòng)、可調(diào)電流限值、欠壓閉鎖和溫度補(bǔ)償。輸出電壓由變壓器匝數(shù)比以及兩個(gè)與RFB和RREF引腳相連的外部電阻器設(shè)定。
主端輸出電壓檢測(cè)
隔離型轉(zhuǎn)換器的輸出電壓檢測(cè)通常需要一個(gè)光耦合器和副端基準(zhǔn)電壓。光耦合器用于通過(guò)光鏈路來(lái)傳送輸出電壓反饋信號(hào)，同時(shí)保持隔離勢(shì)壘。然而，光耦合器傳輸比會(huì)隨著溫度和老化而有所改變，從而使其準(zhǔn)確度下降。光耦合器還引入了一個(gè)傳播延遲，進(jìn)而導(dǎo)致較慢的瞬態(tài)響應(yīng)（因部件的不同可能是非線性的），這還會(huì)造成一款設(shè)計(jì)在不同的電路中表現(xiàn)出不同的特性。也可以采用一種使用附加變壓器繞組（用于實(shí)現(xiàn)電壓反饋）的反激式設(shè)計(jì)，以代替光耦合器對(duì)反饋環(huán)路實(shí)施補(bǔ)償。然而，這個(gè)附加的變壓器繞組會(huì)增加變壓器的尺寸和成本。
LT3748通過(guò)檢測(cè)變壓器主端上的輸出電壓免除了增設(shè)一個(gè)光耦合器或附加變壓器繞組的需要。如圖2所示，輸出電壓可在功率晶體管關(guān)斷期間的主端開關(guān)節(jié)點(diǎn)波形上準(zhǔn)確地測(cè)量，其中的N為變壓器的匝數(shù)比，VIN為輸入電壓，而VC為最大箝位電壓。
邊界模式操作縮減轉(zhuǎn)換器尺寸并改善調(diào)節(jié)性能
邊界模式控制是一種可變頻率電流模式開關(guān)方案。當(dāng)內(nèi)部電源開關(guān)接通時(shí)，變壓器電流增加，直至達(dá)到其預(yù)設(shè)電流限值設(shè)定點(diǎn)為止。SW引腳上的電壓上升至輸出電壓/變壓器副端-主端匝數(shù)比+輸入電壓。當(dāng)流過(guò)二極管的副端電流減小至零時(shí)，SW引腳電壓下降至低于VIN。內(nèi)部DCM比較器檢測(cè)到這一情況并重新接通開關(guān)，從而重復(fù)該循環(huán)。
邊界模式在每個(gè)周期的末端使副端電流歸零，因而使得寄生阻性壓降不會(huì)引起負(fù)載調(diào)節(jié)誤差。此外，主端反激式開關(guān)始終在零電流時(shí)接通，而且輸出二極管沒有反向恢復(fù)損耗。功率損失的這種減少使得反激式轉(zhuǎn)換器能夠在一個(gè)較高的開關(guān)頻率下運(yùn)作，這反過(guò)來(lái)又縮減了變壓器的尺寸（相比于較低頻率的替代設(shè)計(jì)方案）。圖3顯示出了SW電壓和電流以及輸出二極管中的電流。
由于始終在二極管電流零交叉點(diǎn)上進(jìn)行反射輸出電壓的采樣，因此負(fù)載調(diào)節(jié)性能在邊界模式操作中得到了大幅度的改善。LT3748通常可提供±3%的負(fù)載調(diào)節(jié)。
