多輸出隔離電源利用次級側同步后置穩壓器實(shí)現高效率
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許多通訊、服務(wù)器和其他應用領(lǐng)域都需要多輸出電壓的隔離電源，但是對所有的輸出電壓都提供嚴密調節是令電源設計工程師們頭疼的事。一般的，設計者在每個(gè)輔助輸出端加一個(gè)線(xiàn)性調節器，但線(xiàn)性調節器的效率非常低，限制了它的低輸出電流應用。另一個(gè)選擇是用一個(gè)降壓轉換器作為后調節器。這種方法有較好的效率，但是如果后調節器在初級輸出端級聯(lián)的話(huà)，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(xiàn)圈的話(huà)將需要附加的整流器、電感和電容器。附加的電源轉換級和元器件增加了傳導損耗。另一個(gè)選擇是用磁放大后調節器，它的效率很高，特別是對中低電流的應用，但在高電流應用中效率很低。而且，它的復雜的裝配和輕負載時(shí)的低調節度使它不是一個(gè)完美的解決方案。一個(gè)較好的選擇是用新型的LT3710設計后調節器。
LT3710控制器在多輸出隔離電源的精確調節應用方面具有簡(jiǎn)單、高效率等優(yōu)點(diǎn)。LT3710是一種帶雙N通道MOSFET驅動(dòng)的同步下降沿開(kāi)關(guān)調節控制器，它可直接由變壓器的次級繞組生成一個(gè)精確穩壓的次級輸出，從而最大限度地減小了主級輸出電感器和電容器尺寸。LT3710是一種帶可編程電流保護和高達500KHz轉換頻率的持續頻率電壓模式控制器。初級調節使它能很好地與無(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)單應用電路和主要波形圖
LT3710后置穩壓器的工作原理
LT3710基本功能模塊包括一個(gè)用作反饋調節的電壓放大器，一個(gè)與級開(kāi)關(guān)脈沖同步的斜波發(fā)生器，一個(gè)帶初級調節PWM比較器，一個(gè)限流放大器和高速MOSFET驅動(dòng)器。
圖1給出了LT3710的一個(gè)簡(jiǎn)單應用電路和主要波形圖。主要輸出功率級是一個(gè)前向變換器。LT3710調節輔助輸出電壓Vout2。LT3710電路看似一個(gè)同步轉換器，除了輸入是一個(gè)從副線(xiàn)圈變壓器整流過(guò)來(lái)的脈沖電壓。
在一般的工作情況下，轉換周期從t0時(shí)刻開(kāi)始，即變壓器的次級整流電壓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(xiàn)圈的匝數比。從t0到t2，開(kāi)關(guān)節點(diǎn)電壓V2保持在零附近，輔助電感電流IL流入Cout2和經(jīng)Vout2流入負載。這種狀態(tài)將持續到t2時(shí)刻，PWM斜波信號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)節點(diǎn)電壓V2被拉高到V1，給輔助電感充電。從t2到t3，主轉換器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)刻結束，此時(shí)變壓器的次級整流電壓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，初級調制也能消除環(huán)路的不穩定性。
LT3710的同步閾值大約為2.5V，變壓器次級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內置振蕩器頻率應設置得比系統開(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為次級電壓Vin/N的幅度，D2為開(kāi)關(guān)節點(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：后置穩壓器電路)
雙輸出隔離雙開(kāi)關(guān)的向電源
圖2 所示為L(cháng)T3710的一種應用，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?；竟β始壨負浣Y構是采用一個(gè)同步整流的雙開(kāi)關(guān)前向變換器。初級控制器用一個(gè)LT3781，它是一個(gè)內置MOSFET驅動(dòng)器的電流模式雙開(kāi)關(guān)前向控制器。在次級側，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提供柵級驅動(dòng)。主3.3V電路的誤差放大輸出流入光耦并接到初級LT3781來(lái)完成主3.3V的調節。輔1.8V輸出由LT3710電路精確調節。
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電源變壓器。此變壓器建立在一個(gè)帶九匝主線(xiàn)圈、兩匝副線(xiàn)圈、七匝輔助線(xiàn)圈的PQ20芯上，輔線(xiàn)圈作為L(cháng)T3781側供應電源。由于最大副線(xiàn)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。這種設計中，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開(kāi)關(guān)控制、3.3V輸出時(shí)正負5％的次級補償、輸入過(guò)壓保護、低壓切斷和熱切斷。全部電路裝配在標準的半英寸厚、半磚大的PC板上。
圖3顯示了LT3710后置穩壓器在48V輸入、3.3V/10A和1.8V/10A輸出時(shí)的輸入電壓、開(kāi)關(guān)節點(diǎn)電壓、電感電流波形。此電路的效率曲線(xiàn)如圖4所示。在48V輸入和主輸出、副輸出滿(mǎn)負荷負載時(shí)所測得的總效率為86％。
圖3 后置穩壓器在48V輸入至3.3V/10A和2.5V/10A輸出時(shí)的輸入電壓、開(kāi)關(guān)節點(diǎn)電壓、電感電流波形
圖4 圖2電路的效率－負載電流曲線(xiàn)
圖5 用LT3710構成的推挽式變換器的簡(jiǎn)單電路
圖6 用LT3710構成全橋式變換器的簡(jiǎn)單電路
其他應用LT3710的隔離拓撲結構
LT3710的應用不僅限于前向變換器拓撲結構，它還可用于降壓型結構導出的單端或雙端隔離拓撲結構，比如推挽式、半橋和全橋轉換器。圖5顯示了用LT3710構成的推挽式變換器的簡(jiǎn)單電路，初級控制器是一個(gè)LTC1922－1同步相位調制控制器，次級用LT1431和一個(gè)可用來(lái)反饋輸出信號驅動(dòng)光耦合器的編程基準。次級MOSFET可以由LT1693-1驅動(dòng)，它包含兩個(gè)高速雙N通道MOSFET驅動(dòng)器。LT3710調節輔助輸出。注意因為雙端次級結構，LT3710工作在主輸出推挽轉換器開(kāi)關(guān)頻率的兩倍頻率處。更高的開(kāi)關(guān)頻率意味著(zhù)電感L2和輸出電容C2可以更小些。圖6顯示了LT3710的全橋式應用。
結語(yǔ)
LT3710是一種高效的次級同步后置穩壓器控制器，在多輸出隔離電源中用來(lái)產(chǎn)生嚴密調節的輔助輸出。LT3710提供了一個(gè)簡(jiǎn)單、高效和節省空間的后調節方案，特別是在低電壓/高電流的應用中。(翠欽譯)
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