一种易于建立的高性能、高可靠性隔离式电源

凌力尔特公司
电源产品部
高级产品市场工程师
Bruce Haug 

背景

对于高效率地将配电总线电压转换成隔离式低电压，预制的隔离式 DC/DC 转换器和模块提供了一种简单但相对昂贵的解决方案。不过，现成有售的设计可能无法提供全部所需功能，因此在很多应用中，需要定制设计。利用分立式 PWM 控制器开发自己的解决方案，成本低廉得多，而且能灵活地满足各种苛刻的要求，例如特殊的外形尺寸或非标准输入及输出电压等。

最近在控制器技术领域取得的进步可提供更多功能，这些进步也简化了设计隔离式电源的任务。因此，设计师现在正在考虑，在他们的最终应用中，分立式设计是否有意义。尤其是具备有源箝位复位的正向转换器，由于其卓越的效率和更低的组件压力，已经广泛用于定制电源中。尽管在隔离式降压型拓扑中，正向转换器是最简单的，但是有源箝位复位方法引入了性能限制和对潜在的可靠性问题的担忧，这些担忧限制了正向转换器的使用范围。

凌力尔特公司的第二代 LTC3765 / LTC3766 芯片组采用一种正在申请专利的方法，消除了具备有源箝位复位的正向转换器之性能限制以及对其可靠性的担忧。此外，这组非凡的芯片组极大地简化了高性能正向转换器的设计，从而使这类转换器易于建立，并成为富有吸引力和可替代预制解决方案的产品。

LTC3765 / LTC3766 芯片组

LTC3765 和 LTC3766 相结合可构成一组隔离式同步正向转换器芯片组，该芯片组包括有源箝位变压器复位和 Direct Flux Limit™，这两项功能在所有条件下都能防止电源变压器饱和。LTC3765 是一款主端智能控制器，与 LTC3766 一起工作，可实现坚固和简单的自启动隔离式电源。启动后，LTC3765 通过一个纤巧的脉冲变压器，从副端 LTC3766 控制器接收定时信号和偏置电源。这种副端控制方法使智能能力靠近负载，从而确保对输出电压和电流进行可靠的监视和控制，同时提供最快的瞬态响应。此外，这种架构无需光隔离器或偏置电源，简化了设计，并降低了组件数。图 1 显示了一个典型的应用原理图，图 2 显示了相关的瞬态响应和效率 / 功耗曲线。

 

图 1：LTC3765 / LTC3766 应用电路，VIN 范围：18V 至 72V、 VOUT：12V/11A，12.5A 峰值

图 2：典型的 LTC3765 / LTC3766 相关效率 / 功耗曲线和瞬态响应

EFFICIENCY：效率
POWER DISSIPATION：功耗
条件：48VIN，6A 至 12A 阶跃
5A/Div：每格 5A
Time – 100us/Div：时间 – 每格 100us

LTC3765 / LTC3766 含有实现有源箝位变压器复位方法所必需的所有控制电路，从而与传统箝位绕组或谐振复位方法相比，实现了更高的效率 (高达 95%) 和更高的功率密度。针对主开关的大电流栅极驱动器、有源箝位开关和同步开关均包括可调延迟，以实现最高效率。不过，在传统的有源箝位正向转换器中，在开关占空比中有任何突然的变化都能引起电源变压器饱和，从而有可能导致转换器发生故障。Direct Flux Limit 在所有条件下都能防止变压器饱和，因此提高了转换器的总体可靠性，同时与可替换解决方案相比，保持了卓越的瞬态响应。

其他特点包括快速和准确的平均电流限制、在 75kHz 至 500kHz 范围内以可调固定频率工作、能进入预偏置负载的干净启动、面向大功率设计的多相工作、过热保护和真正的远端输出电压检测。LTC3765 采用耐热增强型 MSOP-16 封装。LTC3766 采用 4mm x 5mm QFN-28 和 SSOP-28 封装，而且两款器件都有扩展、工业、高温和军用级版本。

Direct Flux Limit

为了正确工作，在任何变压器中保持伏-秒平衡都是必要的。在转换器接通和断开期间，必须加上相等的正和负伏-秒。任何不平衡都将导致通常是对称的磁芯励磁电流和通量密度向饱和方向"走"。在转换器断开期间，有源箝位转换器运用一个额外的开关和电容器来加上复位电压。这种方法产生了最低开关电压和最高效率。变压器用自己的励磁电流给复位电容器充电或放电，使其达到正确的电压，该电压随占空比的变化而改变。在稳定状态下，这种方法可以很好地起作用，但是，如果占空比变化太快，那么电容器的电压就会跟不上，从而导致磁芯饱和。当变压器饱和时，就像是发生了短路，这可能损坏任何电源组件。

直到现在，这一基本问题一直是采用间接方法解决的，即采用慢速反馈环路、占空比限制、软停止和其他"权宜之计"，其中没有一种方法可以确保磁芯不会饱和。采用这类方法时，总是有可能在某些设计和测试时被忽略的运行"死角"处发生变压器饱和。

LTC3765 和 LTC3766 实现了一种新的和独特的系统，该系统通过直接监视变压器的励磁电流，限制磁通量在变压器磁芯中的积累。在复位周期中，当有源箝位 PMOS 接通时，通过一个与该 PMOS 源极串联的检测电阻器直接测量和限制励磁电流，如图 3 所示。