隔離型反激式轉(zhuǎn)換器免光耦合器簡化設(shè)計
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,變壓器電流增加,直至達到其預(yù)設(shè)電流限值設(shè)定點為止。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)流過二極管的副端電流減小至零時,SW引腳電壓下降至低于VIN。內(nèi)部DCM比較器檢測到這一情況并重新接通開關(guān),從而重復(fù)該循環(huán)。
邊界模式在每個周期的末端使副端電流歸零,因而使得寄生阻性壓降不會引起負載調(diào)節(jié)誤差。此外,主端反激式開關(guān)始終在零電流時接通,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)換器能夠在一個較高的開關(guān)頻率下運作,這反過來又縮減了變壓器的尺寸(相比于較低頻率的替代設(shè)計方案)。圖3顯示出了SW電壓和電流以及輸出二極管中的電流。
圖 3:邊界模式中的反激式轉(zhuǎn)換器波形
由于始終在二極管電流零交叉點上進行反射輸出電壓的采樣,因此負載調(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%的負載調(diào)節(jié)。
變壓器的選擇和設(shè)計考慮因素
就LT3748的成功應(yīng)用而言,變壓器的規(guī)格和設(shè)計可能是最為關(guān)鍵的部分了。除了處理高頻隔離型電源變壓器設(shè)計的常見注意事項(實現(xiàn)低漏電感和緊密耦合)之外,還必須嚴格控制變壓器的匝數(shù)比。由于變壓器副端上的電壓是由主端上的采樣電壓推知的,因此必須嚴格控制匝數(shù)比以確保獲得一致的輸出電壓。各變壓器之間±5%的匝數(shù)比容差有可能在輸出電壓中產(chǎn)生超過±5%的變化。幸運的是,大多數(shù)磁性元件制造商都能夠保證±1%或更好的匝數(shù)比容差指標。
凌力爾特公司與主要的磁性元件制造商進行了合作,以生產(chǎn)供LT3748使用的預(yù)設(shè)計型反激式變壓器。這些變壓器一般能夠承受1500VAC的主端至副端擊穿電壓(持續(xù)時間為一分鐘)。也可以使用擊穿電壓更高的變壓器和定制變壓器。
另外,凌力爾特還提供了名為“LTspice”的免費仿真軟件。
變壓器漏電感
在電源開關(guān)斷開之后,變壓器主端或副端上的漏電感會在主端上引發(fā)一個電壓尖峰。在必須消耗更多儲能的較高負載電流條件下,該電壓尖峰將變得愈發(fā)突出。通過變壓器繞組的緊密耦合可以最大限度地減小漏電感,并可通過讀出一個變壓器繞組上的電感(使其他繞組短路)來測量漏電感。
下面圖4中示出的簡單RCD(電阻器、電容器和二極管)箝位電路可防止漏電感尖峰超過功率器件的擊穿電壓。所有的LT3748應(yīng)用電路中都包括此電路,而肖特基二極管則因其快速接通時間而常常成為吸振器的最佳選擇。
圖 4:RCD 箝位電路
圖 5:LT3748 應(yīng)用電路的照片 (尺寸:38mm x 19mm x 9.5mm)
圖 5 示出了一款采用LT3748的演示電路板。該電路可接受一個范圍從22V至75V的輸入電壓,并在高達2.5A的電流條件下產(chǎn)生一個隔離型12V輸出。
結(jié)論
盡管隔離型反激式轉(zhuǎn)換器的設(shè)計對于設(shè)計工程師來說并不簡單,但是除了采用模塊或復(fù)雜的分立式實現(xiàn)方案之外,如今我們有了一種替代方案?;贚T3748的電路無需光耦合器、副端基準電壓和電源變壓器的附加第三繞組,因而顯著地簡化了隔離型反激式轉(zhuǎn)換器的設(shè)計。該器件保持了主端至副端隔離
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