全桥移相控制技术

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全桥移相控制技术的重大进步
LTC3722-1/-2相移式PWM控制器提供了全桥零电压开关ZVS)能做高效率转换的全部控制功能。自适应方式的ZVS电路延迟功能将开启信号提供给每个MOSFET以克服各个元件的偏差,手动设置延迟的方式,可使二次侧同步整流的驱动信号直接做到开启延迟。
LTC3722-1/-2的特还在于调节同步整流时序,以便达到最佳效率。UVLO调节输入电压加上后,使系统有确的开启及关断电压。LTC3722-1为峰值电流型控制方式,可准确调节斜率补偿及前沿隐。LTC3722-2采用电压型控制并具备电压前馈功能。
此外,两款IC还有极低的起动电流及工作电流。都有完整的保护功能,并采用24Pin的表面贴装式外型结构。
各引脚功能说明如下:(3722-1/-2
SYN.(1Pin)器的同步输入及输出功能端.同步输入的阈值为1.9V。同时与CMOSTTL逻辑兼容,此端接一支5.1K电阻到地。
DPRG.(2Pin) 对不履行ZVS传输延迟时进行调节,接一电阻到VREF以便设置输出端A.B.C.D的最大开启延迟,其正常电压为2V
RAMP.(NA/Pin2) LTC3722-2输入到相位调制比较器,RAMP上的电压内部电平移到650mV
CS (3Pin)LTC3722-1,逐个电流脉冲过流限制比较器输入,斜率补偿电路的输出,通常为300mV阈值,超过650mV时动作。
COMP(Pin4) 误差放大器的输出,倒相输入进到相位调制器。
RLEB (Pin5/NA) 前沿消隐的定时电阻,用一个10K100K电阻调节可以从40ns310ns的电流检测信号的前沿消隐。推荐采用一个±1%电阻,LTC3722-2则有固定消隐时间,大约80ns
FB (6pin) 误差放大器反相输入端,这里为LTC3722的反馈电压输入,通常为1.204V.
SS (7Pin) 软起动(重启延迟)电路的定时电容,从SSGND接一支电容,给一斜波(LT
C3722-1)或一占空比。(LTC3722-2),在过载条件下,SS放电到地,然后重新起动。
NC (8Pin) 空脚,接到GND
PDLY (9Pin) 被动臂的延迟电路输入,PDLY通过一分压器接到桥的左腿,(自适应ZVS型)而在固定ZVS型,在PDLY上有0~2.5V之间的电压,给被动腿调节固定的ZVS延迟时间。
SBUS.(10Pin) 线路电压检测输入,SBUS接到主直流电压反馈,采用一分压器,用于自适应ZVS控制,电压分压器设计成产生1.5VSBUS上,如果SBUS接到VREF,则LTC3722-1/-2成为固定ZVS延迟型。
ADLY (11Pin) 主动臂的延迟电路输入,ADLY通过一分压器接到右腿,(自适应ZVS)。而在固定ZVS型,在ADLY上有0~2.5V之间的电压,调节固定的ZVS延迟时间给主动腿的传输。
UVLO.(12Pin) 调节系统开启及关断的输入电压值,正常情况UVLO的阈值为5VUVLO接到主DC输入系统,通过一分压器执行。当UVLO的阈值超出时,LTC3722的软启动开始,
一个10uA电流去调节系统的滞留电压量,系统的工作窗口的水平可以用改变电阻分压器来调节。
SPRG (13Pin) 接电阻到GND,来设置关断延迟时间给同步整流的驱动输出,正常工作时其电压约为2V
VREF.(14Pin) 5V基准输出,VREF可供出18mA电流给电路,VREF1uf电容做旁路耦合。
OUTF.(15Pin) OUTBOUTC一起给出50mA同步整流驱动。
OUTE (16Pin) OUTAOUTD一起给出50mA同步整流驱动。
OUTD (17Pin) 给桥路主动腿(低边)50mA驱动信号。
Vcc (18Pin) 电路供电电压输入,其为10.25V的并联式稳压器。在Vcc电压达到足够高时,Vcc并联稳压器导出电流,欠压比较器阈值即超出,一旦Vcc并联稳压器开启,Vcc即能降到6V以上的维持工作。
OUTC (19Pin) 给桥路主动臂(高边)供50mA驱动。
OUTB (20Pin) 给桥路从动腿(低边)供50mA驱动。
OUTA (21Pin) 给桥路从动臂(高边)供50mA驱动。
PGND (22Pin) LTC3722的功率地要接瓷介电容作旁路。
GND (23Pin) LTC3722的控制电路公共端,也要接旁路电容。
CT (24Pin) 器的定时电容,要选用低ESR的瓷介电容。
LTC3722的内部等效电路如图1所示。
          1  LTC3722的内部等效电路
工作过程描述:
相移全桥PWM方式.
传统的全桥开关电源拓,最常用于大功率隔离式或线电源。虽然它需要多加两个开关元件。但其能输出更大功率,又有较高的效率,变压器体积比端方式的都小。开关还有较小的电压及电流应力。全桥变换器还提供固有的变压器磁芯自动复位及平衡。因而可有最大占空比,进一步提高效率,而软开关的全桥,可进一步改善性能提高效率。其开关波形如下面图3。这种零电压开关(ZVS)技术展示出寄生元件在做成软开关模式中所产生的作用。
LTC3722-1/-2控制的相移式PWM控制器,提供了更强的功能,以便简化设计,达到ZVS软开关的目的,主要特有:
(1)真实的自适应及准确的ZVS方式,达到更高的效率和更高的占空比利用能力,减小或消除外部的调整。
(2)固定ZVS能力。增强了对二次侧控制,简化了外部电路。
(3)内部产生驱动信号以调整二次侧的倍流同步整流。
(4)调节前沿消隐,防止不稳定状态,减少外部CS的滤波元件。
(5)可调斜率补偿,消除外部胶电路。
(6)实现最佳的电流型控制,减小起动过冲,使系统从故障中迅速恢复。
(7)可方便调整系统的UVLO,达到准确的起动电压。
结果,LTC3722使ZVS的电路拓扑有了更广泛的应用,包括了在低压及中小功率合的各种应用。
LTC3722控制器在IC外部用功率开关组成全桥结构,功率变压器的初级绕接在桥的两个开关结点上。在每个振周期,由功率开关使其分别接到输入电源的VIN 和地,LTC3722反复地以振器频率的1/2控制开关,每次驱动占空比都少于50%,其交叉交越时间由LTC3722相位调制,外部的开关AC需要高边驱动电路,低边的驱动给BD,以及驱动
二次侧的EF以边界隔离,数据表中给出驱动元件的详细数据。变压器的二次侧电压由变压器匝比给出,很象BUCK变换器,由二次方波整流滤波后得到稳定的直流电压。
开关传输
相移式全桥可以用下面四个工作状态来描述,关键是要了解ZVS状态怎样出现,要用细节描述。变压器的每一个全周期都有两个清晰的周期传递功率到二次侧输出,及两个自由转期,外部桥的两边都有不同的工作特性。这对于设计在宽负载范围内都达到ZVS传输十分重要。桥的左腿若作为被动腿,此时右腿可认做主动腿。下面描述为何会有这些现象出现。
状态1Power pulse 1.传输功率
如图2所示,状态1开始,MAMDMF导通,而MBMCME关断。在MAMD导通时,整个输入电压加到变压器初级绕组。二次电压V1N/N加到电感L01左边。电流逐渐加大,在此周期内初级电流大约等于输出电感电流除以匝比,加上磁化电流。在此状态结束时,MD关断,ME导通。
            2  LTC3722ZVS工作状态
状态2(主动过渡及自由运转)
MD关断后,相位调制比较器过渡。在此间隔,MD上的电压开始上升,逐步到输入电压VIN。变压器磁化电流及折回的输出电感电流参与此作用。这是由于MCMD输出电容Coss的上升斜率,吸收路电容及变压器绕组间寄生电容,主动腿电平从地上升到VIN,其时间取决于负载电流,变压器磁能要大于电容能量。即是1/2(LM+L1)IM2>1/2*2*Coss*V1N2。最坏情况出现在负载电流为零时,这个条件通常很容易满足,在传输期间磁化电流基本恒定。由于磁化电感有正压加到其上,经历从低到高的期间。由于腿由此电流源为主动驱动,因此称为主动或线性驱动。
当主动腿上的电压达到V1N时,MOSFET MCZVS状态下导通,初级电流现在流过两支高边的MOSFET (MAMC) 变压器二次绕组在此时段内短路。MEMF也导通,如正向电流流过Lo1Lo2一样长。 变压器初级电感也在短路状态,MAMF在状态2结束时关断。
状态3(被动过渡阶段)
MA在振荡周期结束时关断,在此时,在MA/MB结点上的电压逐渐下降到GND。驱动变压器的能量限于初级的漏感,加上串入的谐振电感,其通过电流为(Imeg+Iout/2N),磁化及输出电感没有贡献任何能量,由于其已经短路,有效地减少了可能出现的能量。这就是主动及被动传输的主要区别。如果储存在漏感及磁化电感中的能量大于电容能量, 过渡阶段会成功地完成。在此阶段增加的反转电压加到漏感及磁化电感,协助整个初级电流衰减。电感能量于是谐振至电容元件。因此,被动或谐振期间,假设此阶段有足够的电感能量供给桥路腿到地。所需时间大约为π*(LC /2)1/2 。当从动腿上的电压接近地电平时,MOSFET MB受令在ZVS状态下导通,在漏感及外串电感中的电流连续增加,但输出电感电流极性反转,改换了方向。二次绕正向偏置,新的功率脉冲开始过来。电流反转所需时间减小了最大占空比的效应。必须要虑到变压器的匝比。如果ZVS需要在整个加载范围,就需串入一个小电感放在初级被动腿回路中。由于漏感通常没有足够的能量去保证ZVS在整个负载范围实现。

本文发布于:2023-05-06 07:46:21,感谢您对本站的认可!

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