高性能隔離式電源設計方案

背景

對于高效率地將配電總線電壓轉換成隔離式低電壓，預制的隔離式 DC/DC 轉換器和模塊提供了一種簡單但相對昂貴的解決方案。不過，現成有售的設計可能無法提供全部所需功能，因此在很多應用中，需要定制設計。利用分立式 PW 控制器開發(fā)自己的解決方案，成本低廉得多，而且能靈活地滿足各種苛刻的要求，例如特殊的外形尺寸或非標準輸入及輸出電壓等。

最近在控制器技術領域取得的進步可提供更多功能，這些進步也簡化了設計隔離式電源的任務。因此，設計師現在正在考慮，在他們的最終應用中，分立式設計是否有意義。尤其是具備有源箝位復位的正向轉換器，由于其卓越的效率和更低的組件壓力，已經廣泛用于定制電源中。盡管在隔離式降壓型拓撲中，正向轉換器是最簡單的，但是有源箝位復位方法引入了性能限制和對潛在的可靠性問題的擔憂，這些擔憂限制了正向轉換器的使用范圍。

凌力爾特公司的第二代LTC3765/LTC3766 芯片組采用一種正在申請專利的方法，消除了具備有源箝位復位的正向轉換器之性能限制以及對其可靠性的擔憂。此外，這組非凡的芯片組極大地簡化了高性能正向轉換器的設計，從而使這類轉換器易于建立，并成為富有吸引力和可替代預制解決方案的產品。

LTC3765/LTC3766 芯片組

LTC3765 和 LTC3766 相結合可構成一組隔離式同步正向轉換器芯片組，該芯片組包括有源箝位變壓器復位和 Direct Flux Liit,這兩項功能在所有條件下都能防止電源變壓器飽和。LTC3765 是一款主端智能控制器，與 LTC3766 一起工作，可實現堅固和簡單的自啟動隔離式電源。啟動后，LTC3765 通過一個纖巧的脈沖變壓器，從副端 LTC3766 控制器接收定時信號和偏置電源。這種副端控制方法使智能能力靠近負載，從而確保對輸出電壓和電流進行可靠的監(jiān)視和控制，同時提供最快的瞬態(tài)響應。此外，這種架構無需光隔離器或偏置電源，簡化了設計，并降低了組件數。圖 1 顯示了一個典型的應用原理圖，圖 2 顯示了相關的瞬態(tài)響應和效率 / 功耗曲線。

圖 1:LTC3765 / LTC3766 應用電路，VIN 范圍：18V 至 72V、 VOUT:12V/11A,12.5A 峰值

圖 2:典型的 LTC3765 / LTC3766 相關效率 / 功耗曲線和瞬態(tài)響應

EFFICIENCY:效率

POWER DISSIPATION:功耗

條件：48VIN,6A 至 12A 階躍

5A/Div:每格 5A

Tie - 100us/Div:時間 - 每格 100us

LTC3765 / LTC3766 含有實現有源箝位變壓器復位方法所必需的所有控制電路，從而與傳統(tǒng)箝位繞組或諧振復位方法相比，實現了更高的效率 (高達 95%) 和更高的功率密度。針對主開關的大電流柵極驅動器、有源箝位開關和同步開關均包括可調延遲，以實現最高效率。不過，在傳統(tǒng)的有源箝位正向轉換器中，在開關占空比中有任何突然的變化都能引起電源變壓器飽和，從而有可能導致轉換器發(fā)生故障。Direct Flux Liit 在所有條件下都能防止變壓器飽和，因此提高了轉換器的總體可靠性，同時與可替換解決方案相比，保持了卓越的瞬態(tài)響應。

其他特點包括快速和準確的平均電流限制、在 75kHz 至 500kHz 范圍內以可調固定頻率工作、能進入預偏置負載的干凈啟動、面向大功率設計的多相工作、過熱保護和真正的遠端輸出電壓檢測。LTC3765 采用耐熱增強型 SOP-16 封裝。LTC3766 采用 4 x 5 QFN-28 和 SSOP-28 封裝，而且兩款器件都有擴展、工業(yè)、高溫和軍用級版本。

Direct Flux Liit

為了正確工作，在任何變壓器中保持伏-秒平衡都是必要的。在轉換器接通和斷開期間，必須加上相等的正和負伏-秒。任何不平衡都將導致通常是對稱的磁芯勵磁電流和通量密度向飽和方向“走”.在轉換器斷開期間，有源箝位轉換器運用一個額外的開關和電容器來加上復位電壓。這種方法產生了最低開關電壓和最高效率。變壓器用自己的勵磁電流給復位電容器充電或放電，使其達到正確的電壓，該電壓隨占空比的變化而改變。在穩(wěn)定狀態(tài)下，這種方法可以很好地起作用，但是，如果占空比變化太快，那么電容器的電壓就會跟不上，從而導致磁芯飽和。當變壓器飽和時，就像是發(fā)生了短路，這可能損壞任何電源組件。

直到現在，這一基本問題一直是采用間接方法解決的，即采用慢速反饋環(huán)路、占空比限制、軟停止和其他“權宜之計”,其中沒有一種方法可以確保磁芯不會飽和。采用這類方法時，總是有可能在某些設計和測試時被忽略的運行“死角”處發(fā)生變壓器飽和。

LTC3765 和 LTC3766 實現了一種新的和獨特的系統(tǒng)，該系統(tǒng)通過直接監(jiān)視變壓器的勵磁電流，限制磁通量在變壓器磁芯中的積累。在復位周期中，當有源箝位 POS 接通時，通過一個與該 POS 源極串聯的檢測電阻器直接測量和限制勵磁電流，如圖 3 所示。

圖 3:監(jiān)視變壓器磁通量密度