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多输出隔离电源利用次级侧同步后置稳压器实现高效率

发布时间:2020-07-21 18:54:39 阅读: 来源:汽动泵厂家

引言许多通讯、服务器和其他应用领域都需要多输出电压的隔离电源,但是对所有的输出电压都提供严密调节是令电源设计工程师们头疼的事。一般的,设计者在每个辅助输出端加一个线性调节器,但线性调节器的效率非常低,限制了它的低输出电流应用。另一个选择是用一个降压转换器作为后调节器。这种方法有较好的效率,但是如果后调节器在初级输出端级联的话,电源需要一个更大的输出电感和电容,或者如果用多个副线圈的话将需要附加的整流器、电感和电容器。附加的电源转换级和元器件增加了传导损耗。另一个选择是用磁放大后调节器,它的效率很高,特别是对中低电流的应用,但在高电流应用中效率很低。而且,它的复杂的装配和轻负载时的低调节度使它不是一个完美的解决方案。一个较好的选择是用新型的LT3710设计后调节器。LT3710控制器在多输出隔离电源的精确调节应用方面具有简单、高效率等优点。LT3710是一种带双N通道MOSFET驱动的同步下降沿开关调节控制器,它可直接由变压器的次级绕组生成一个精确稳压的次级输出,从而最大限度地减小了主级输出电感器和电容器尺寸。LT3710是一种带可编程电流保护和高达500KHz转换频率的持续频率电压模式控制器。初级调节使它能很好地与无论电流模式还是电压模式的主要输出控制回路一起工作。

图1 LT3710简单应用电路和主要波形图

LT3710后置稳压器的工作原理LT3710基本功能模块包括一个用作反馈调节的电压放大器,一个与级开关脉冲同步的斜波发生器,一个带初级调节PWM比较器,一个限流放大器和高速MOSFET驱动器。图1给出了LT3710的一个简单应用电路和主要波形图。主要输出功率级是一个前向变换器。LT3710调节辅助输出电压Vout2。LT3710电路看似一个同步转换器,除了输入是一个从副线圈变压器整流过来的脉冲电压。在一般的工作情况下,转换周期从t0时刻开始,即变压器的次级整流电压V1的下降沿。触发一个斜波从而开始一个新的PWM转换周期,关闭高电平MOSFET Q1(控制开关),打开低电平Q2(同步开关)。从t0到t1,主转换器Qp和LT3710电路的控制开关都是“关”的。在t1时刻,变压器的次级整流电压V1变高。在这一过程中(t1到t2),主变换器的控制开关是“开”的,但LT3710的控制开关保持“关”。主控制电流Ip等于反射的主输出电感的电流IL1/N,其中N是变压器原副线圈的匝数比。从t0到t2,开关节点电压V2保持在零附近,辅助电感电流IL流入Cout2和经Vout2流入负载。这种状态将持续到t2时刻,PWM斜波信号与电压误差放大器的输出Vaout相交叉。高电平MOSFET Q1打开,低电平Q2关闭。开关节点电压V2被拉高到V1,给辅助电感充电。从t2到t3,主转换器Qp和LT3710电路的控制开关都是“开”的。主开关电流Ip是这段时期反射主输出电感电流和辅助输出电感电流的总合(IL1+IL)/N。这种状态在t3时刻结束,此时变压器的次级整流电压V1变为零,下一个开关周期开始了。在t2时刻,当LT3710的控制开关打开时,主开关电流有一个跳变。即使峰值电流模式控制用于初级,初级调制也能消除环路的不稳定性。LT3710的同步阈值大约为2.5V,变压器次级整流的下降沿必须每个周期都穿过该阈值。为了保证正确同步,LT3710内置振荡器频率应设置得比系统开关频率低一些。辅助输出Vout2的范围从0.8V大到接近主输出电压Vout1。Vout2可由D2Vsp决定,其中Vsp为次级电压Vin/N的幅度,D2为开关节点电压V2的工作周期。

图2(a) 36V~72V DC至3.3V/10A和2.5V/10A双输出隔离电源(第一部分:主变换器)

图2(b) 36V~72V DC至3.3V/10A和2.5V/10A双输出隔离电源(第二部分:后置稳压器电路)

双输出隔离双开关的向电源图2 所示为LT3710的一种应用,一个双输出高效隔离DC/DC电源,输入电压范围36V~72V,产生3.3V/10A和1.8V/10A两种输出。基本功率级拓扑结构是采用一个同步整流的双开关前向变换器。初级控制器用一个LT3781,它是一个内置MOSFET驱动器的电流模式双开关前向控制器。在次级侧,一个同步整流控制器LTC1698为主3.3V输出提供电压反馈,并为同步MOSFET提供栅级驱动。主3.3V电路的误差放大输出流入光耦并接到初级LT3781来完成主3.3V的调节。辅1.8V输出由LT3710电路精确调节。限流也由LT3710提供。电流极限可通过外部敏感电阻Rsense编程为70mV/Rsense。若无需限流,则把电流判读针CL+和CL-接地。一个脉冲工程平坦变压器充当电源变压器。此变压器建立在一个带九匝主线圈、两匝副线圈、七匝辅助线圈的PQ20芯上,辅线圈作为LT3781侧供应电源。由于最大副线圈电压约为16V,考虑到副电压过冲击的典型值为20%到30%,所以选择30V的MOSFET。这种设计中,选择Si7892DP N通道MOSFET是为了低RDS(ON)、30V的VDSS额定值和热敏SO-8封装的PowerPAKTM。这一电路在开关频率230KHz时提供1500V的输入-输出隔离。其他的特性包括初级开关控制、3.3V输出时正负5%的次级补偿、输入过压保护、低压切断和热切断。全部电路装配在标准的半英寸厚、半砖大的PC板上。图3显示了LT3710后置稳压器在48V输入、3.3V/10A和1.8V/10A输出时的输入电压、开关节点电压、电感电流波形。此电路的效率曲线如图4所示。在48V输入和主输出、副输出满负荷负载时所测得的总效率为86%。

图3 后置稳压器在48V输入至3.3V/10A和2.5V/10A输出时的输入电压、开关节点电压、电感电流波形

图4 图2电路的效率-负载电流曲线

图5 用LT3710构成的推挽式变换器的简单电路

图6 用LT3710构成全桥式变换器的简单电路

其他应用LT3710的隔离拓扑结构LT3710的应用不仅限于前向变换器拓扑结构,它还可用于降压型结构导出的单端或双端隔离拓扑结构,比如推挽式、半桥和全桥转换器。图5显示了用LT3710构成的推挽式变换器的简单电路,初级控制器是一个LTC1922-1同步相位调制控制器,次级用LT1431和一个可用来反馈输出信号驱动光耦合器的编程基准。次级MOSFET可以由LT1693-1驱动,它包含两个高速双N通道MOSFET驱动器。LT3710调节辅助输出。注意因为双端次级结构,LT3710工作在主输出推挽转换器开关频率的两倍频率处。更高的开关频率意味着电感L2和输出电容C2可以更小些。图6显示了LT3710的全桥式应用。

结语LT3710是一种高效的次级同步后置稳压器控制器,在多输出隔离电源中用来产生严密调节的辅助输出。LT3710提供了一个简单、高效和节省空间的后调节方案,特别是在低电压/高电流的应用中。(翠钦译)

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