對(duì)于高效率地將配電總線電壓轉(zhuǎn)換成隔離式低電壓,，預(yù)制的隔離式 DC/DC 轉(zhuǎn)換器和模塊提供了一種簡(jiǎn)單但相對(duì)昂貴的解決方案。不過,，現(xiàn)成有售的設(shè)計(jì)可能無法提供全部所需功能,，因此在很多應(yīng)用中，需要定制設(shè)計(jì),。利用分立式 PWM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(biāo)準(zhǔn)輸入及輸出電壓等,。
最近在控制器技術(shù)領(lǐng)域取得的進(jìn)步可提供更多功能，這些進(jìn)步也簡(jiǎn)化了設(shè)計(jì)隔離式電源的任務(wù),。因此,，設(shè)計(jì)師現(xiàn)在正在考慮，在他們的最終應(yīng)用中,，分立式設(shè)計(jì)是否有意義,。尤其是具備有源箝位復(fù)位的正向轉(zhuǎn)換器，由于其卓越的效率和更低的組件壓力,，已經(jīng)廣泛用于定制電源中,。盡管在隔離式降壓型拓?fù)渲校蜣D(zhuǎn)換器是最簡(jiǎn)單的,，但是有源箝位復(fù)位方法引入了性能限制和對(duì)潛在的可靠性問題的擔(dān)憂,，這些擔(dān)憂限制了正向轉(zhuǎn)換器的使用范圍。
LTC3765 和 LTC3766 相結(jié)合可構(gòu)成一組隔離式同步正向轉(zhuǎn)換器芯片組,，該芯片組包括有源箝位變壓器復(fù)位和 Direct Flux Liit,，這兩項(xiàng)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(shí)現(xiàn)堅(jiān)固和簡(jiǎn)單的自啟動(dòng)隔離式電源。啟動(dòng)后,，LTC3765 通過一個(gè)纖巧的脈沖變壓器,，從副端 LTC3766 控制器接收定時(shí)信號(hào)和偏置電源。這種副端控制方法使智能能力靠近負(fù)載,，從而確保對(duì)輸出電壓和電流進(jìn)行可靠的監(jiān)視和控制,，同時(shí)提供最快的瞬態(tài)響應(yīng)。此外，這種架構(gòu)無需光隔離器或偏置電源,，簡(jiǎn)化了設(shè)計(jì),，并降低了組件數(shù)。圖 1 顯示了一個(gè)典型的應(yīng)用原理圖,，圖 2 顯示了相關(guān)的瞬態(tài)響應(yīng)和效率 / 功耗曲線,。
圖 1：LTC3765 / LTC3766 應(yīng)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(guān)效率 / 功耗曲線和瞬態(tài)響應(yīng)
EFFICIENCY：效率
POWER DISSIPATION：功耗
條件：48VIN，6A 至 12A 階躍
5A/Div：每格 5A
Tie - 100us/Div：時(shí)間 - 每格 100us
LTC3765 / LTC3766 含有實(shí)現(xiàn)有源箝位變壓器復(fù)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(fù)位方法相比,，實(shí)現(xiàn)了更高的效率 (高達(dá) 95%) 和更高的功率密度。針對(duì)主開關(guān)的大電流柵極驅(qū)動(dòng)器,、有源箝位開關(guān)和同步開關(guān)均包括可調(diào)延遲,，以實(shí)現(xiàn)最高效率。不過,，在傳統(tǒng)的有源箝位正向轉(zhuǎn)換器中,，在開關(guān)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(dǎo)致轉(zhuǎn)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(zhuǎn)換器的總體可靠性,，同時(shí)與可替換解決方案相比,，保持了卓越的瞬態(tài)響應(yīng)。
其他特點(diǎn)包括快速和準(zhǔn)確的平均電流限制,、在 75kHz 至 500kHz 范圍內(nèi)以可調(diào)固定頻率工作,、能進(jìn)入預(yù)偏置負(fù)載的干凈啟動(dòng)、面向大功率設(shè)計(jì)的多相工作,、過熱保護(hù)和真正的遠(yuǎn)端輸出電壓檢測(cè),。LTC3765 采用耐熱增強(qiáng)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(kuò)展,、工業(yè)、高溫和軍用級(jí)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(zhuǎn)換器接通和斷開期間,，必須加上相等的正和負(fù)伏-秒,。任何不平衡都將導(dǎo)致通常是對(duì)稱的磁芯勵(lì)磁電流和通量密度向飽和方向“走”。在轉(zhuǎn)換器斷開期間，有源箝位轉(zhuǎn)換器運(yùn)用一個(gè)額外的開關(guān)和電容器來加上復(fù)位電壓,。這種方法產(chǎn)生了最低開關(guān)電壓和最高效率,。變壓器用自己的勵(lì)磁電流給復(fù)位電容器充電或放電，使其達(dá)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(huì)跟不上,，從而導(dǎo)致磁芯飽和,。當(dāng)變壓器飽和時(shí)，就像是發(fā)生了短路,，這可能損壞任何電源組件,。
直到現(xiàn)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(quán)宜之計(jì)”,，其中沒有一種方法可以確保磁芯不會(huì)飽和,。采用這類方法時(shí)，總是有可能在某些設(shè)計(jì)和測(cè)試時(shí)被忽略的運(yùn)行“死角”處發(fā)生變壓器飽和,。
LTC3765 和 LTC3766 實(shí)現(xiàn)了一種新的和獨(dú)特的系統(tǒng),，該系統(tǒng)通過直接監(jiān)視變壓器的勵(lì)磁電流，限制磁通量在變壓器磁芯中的積累,。在復(fù)位周期中,，當(dāng)有源箝位 POS 接通時(shí)，通過一個(gè)與該 POS 源極串聯(lián)的檢測(cè)電阻器直接測(cè)量和限制勵(lì)磁電流,，如圖 3 所示,。
圖 3：監(jiān)視變壓器磁通量密度
AIN TRANSFORER：主變壓器
PRIARY SWITCH NOS： NOS 主開關(guān)
ACTIVE CLAP POS：有源箝位 POS
當(dāng) POS 斷開且 NOS 主開關(guān)接通時(shí)，LTC3765 基于在 RUN 引腳上檢測(cè)到的輸入電壓以及由 RCORE 與地之間的電阻器定制的變壓器磁芯參數(shù),，在內(nèi)部產(chǎn)生一個(gè)準(zhǔn)確的勵(lì)磁電流副本,。然后在接通時(shí)，由這個(gè)準(zhǔn)確的內(nèi)部副本限制該勵(lì)磁電流,。與以前的方法不同,，Direct Flux Liit 直接監(jiān)視所積累的磁通量，并在提供最快的瞬態(tài)響應(yīng)的同時(shí),，確保變壓器不會(huì)飽和,。這種方法還允許轉(zhuǎn)換器干凈啟動(dòng),，進(jìn)入預(yù)偏置輸出 (例如電池充電器)，并在出現(xiàn)瞬間電壓差后重新啟動(dòng) (無盲區(qū)軟停止),。
自啟動(dòng)
LTC3766與LTC3765一起使用,，以運(yùn)用副端控制建立一個(gè)自啟動(dòng)正向轉(zhuǎn)換器。因?yàn)樽畛踉诟倍藳]有偏置電壓可用,，所以LTC3765必須在主端以開環(huán)方式管理啟動(dòng),。當(dāng)在主端首次加電時(shí)，LTC3765運(yùn)用其自己內(nèi)部的振蕩器開始開環(huán)軟啟動(dòng),。通過運(yùn)用從0%到70% 逐漸增大的占空比來開關(guān)主端的主OSFET,，以向副端供電，該占空比是由SSFLT引腳電壓的上升速率控制的,。在副端,，偏置電壓可以直接從主輸出得到，或者通過峰值充電或其他簡(jiǎn)單電路從變壓器副端得到,。當(dāng) LTC3766有足夠的電壓來滿足其啟動(dòng)要求時(shí),，該器件就通過一個(gè)纖巧的脈沖變壓器向LTC3765提供占空比信息。
LTC3765檢測(cè)這個(gè)信號(hào),，并將對(duì)柵極驅(qū)動(dòng)器的控制任務(wù)轉(zhuǎn)交給 LTC3766,，而 LTC3766則繼續(xù)進(jìn)行輸出電壓的軟啟動(dòng)。典型情況下,，當(dāng)輸出電壓小于其最終值一半時(shí),，發(fā)生這種從主端到副端的切換。之后,，LTC3765斷開線性穩(wěn)壓器,，并通過一個(gè)內(nèi)置整流器,，從脈沖變壓器處為主端OSFET取得偏置電源,。
運(yùn)行控制和軟啟動(dòng)
LTC3766 的接通/斷開主控制功能由RUN引腳完成。該引腳具備精確的門限,，且該門限具備內(nèi)部和外部可調(diào)遲滯,。這個(gè)引腳可用來監(jiān)視副端偏置電壓或主輸出電壓，因此可控制在哪一點(diǎn)上進(jìn)行從主端到副端的切換,?；蛘撸撘_還可以直接由控制信號(hào)驅(qū)動(dòng),。
當(dāng) RUN 引腳為高電平,、在 VIN 和 VCC 引腳上有足夠的電壓以及在 SW 引腳上檢測(cè)到開關(guān)動(dòng)作時(shí)，LTC3766 就開始順序軟啟動(dòng),。請(qǐng)注意,，LTC3766 在啟動(dòng)順序軟啟動(dòng)之前,，必須在 SW 引腳上檢測(cè)到開關(guān)動(dòng)作，以確保 LTC3765 已經(jīng)準(zhǔn)備好進(jìn)行控制任務(wù)的切換,。順序軟啟動(dòng)開始時(shí),，首先測(cè)量 FB 引腳上的電壓，然后將軟啟動(dòng)電容器電壓快速預(yù)設(shè)定為與輸出電壓相同,。這么做是為了在控制任務(wù)從主端轉(zhuǎn)移至副端時(shí),，輸出電壓平滑地斜坡上升，并避免任何不必要的啟動(dòng)延遲,。一旦軟啟動(dòng)電容器上的電壓達(dá)到合適的值,，LTC3766 就通過脈沖變壓器發(fā)出一個(gè)簡(jiǎn)短的脈沖序列，以鎖定與 LTC3765 之間的通信,。從這一點(diǎn)開始,，LTC3766 承擔(dān)主端 OSFET 的控制任務(wù)，同時(shí)軟啟動(dòng)電容器仍繼續(xù)充電至滿電壓,。請(qǐng)注意,，軟啟動(dòng)電壓用來限制誤差放大器基準(zhǔn)的有效值。在副端軟啟動(dòng)間隔期間,，這種方法保持對(duì)輸出電壓的閉環(huán)控制,。
電流限制和其他保護(hù)功能
在大多數(shù) DC/DC 轉(zhuǎn)換器中，都會(huì)提供電流限制,，以在輸出過載情況下保護(hù)電源組件,。通常情況下，這種電流限制不是很準(zhǔn)確,，而且最大輸出電流變化可能超過輸入和輸出電壓變化的 50%.當(dāng)需要準(zhǔn)確的電流限制時(shí) (例如在電池充電應(yīng)用中),，常常使用一個(gè)單獨(dú)的放大器來建立慢速反饋環(huán)路，以在預(yù)定最大值附近調(diào)節(jié)電流,。因?yàn)檫@個(gè)環(huán)路是慢速的,，以確保穩(wěn)定性，所以該環(huán)路還允許瞬間流過非常大的輸出電流,，而在有些系統(tǒng)中,，這也許是不可接受的。
LTC3766 實(shí)現(xiàn)了一種獨(dú)特的平均電流限制電路,，該電路快速,、準(zhǔn)確且易于使用。該電路不是使用一個(gè)慢速電流限制放大器,，而是監(jiān)視輸入和輸出電流以及輸出電壓或電源電壓,，并進(jìn)行快速和逐周期的糾正，以保持平均輸出電流實(shí)質(zhì)上是恒定的,。圖 4 說明了LTC3765/LTC3766應(yīng)用電路處于電流限制狀態(tài)下的典型性能,。請(qǐng)注意,，這種電流限制能力非常適用于電池充電應(yīng)用。
圖 4：典型的電流限制性能
OUTPUT VOLTAGE：輸出電壓
LOAD CURRENT：負(fù)載電流
除了Direct Flux Liit和平均電流限制,，LTC3765/LTC3766芯片組還提供多種額外的保護(hù)功能,。這些功能包括：面向同步開關(guān)的可調(diào)反向電流保護(hù)、輸出過壓保護(hù)和過熱保護(hù),，這些保護(hù)功能相結(jié)合,，即使在最嚴(yán)酷的應(yīng)用環(huán)境中，也可確保電源的可靠性和堅(jiān)固性,。
結(jié)論
最近在技術(shù),、設(shè)計(jì)簡(jiǎn)化、仿真,、成本節(jié)省以及對(duì)組件采購的全面控制方面均取得了進(jìn)步,，因此隔離式 DC/DC 轉(zhuǎn)換器用戶正在放棄現(xiàn)成有售的磚式設(shè)計(jì)。LTC3756 和 LTC3766 組合起來形成了一個(gè)相對(duì)簡(jiǎn)單的有源箝位隔離型正激式轉(zhuǎn)換器,，其具有直接磁通變壓器限制功能,，能可靠地保護(hù)轉(zhuǎn)換器并實(shí)現(xiàn)快速瞬態(tài)響應(yīng);同時(shí)與可替代解決方案相比，還減少了組件數(shù),。無論設(shè)計(jì)定制電源是為了滿足特定尺寸,、輸入和輸出要求，還是為了達(dá)到成本目標(biāo),，這個(gè)非凡的芯片組都為高可靠性應(yīng)用提供了全新的簡(jiǎn)單性,、很少的組件數(shù)和前所未有的靈活性。最后,，這兩款器件非常易于用來建立解決方案,。