集成MOSFET驅(qū)動器的全橋移相控制器-LM5046(四)
摘要:新推出的全橋移相控制器LM5046,全橋變換器的全部功能,LM5046組成的全橋DC/DC基本電路,內(nèi)部等效電路。而其具備28個PIN腳功能,文中一一有分解說明。 [!--empirenews.page--]
關(guān)鍵詞:全橋移相控制器LM5046;28個PIN腳功能(上接第10期第6頁)
* 軟停止技術(shù)
如圖7所示,如果UVLO端電壓降到1.25V以下的待機狀態(tài),但仍舊高于0.4V的關(guān)斷閾值,SSSR電容用60μA電流源進入軟停止。一旦SSSR端達到1.0閾值,SS端和SSSR端兩者會立即放電到GND。軟停止功率變換器逐漸地放掉輸出電容上的能量,令輸出電壓單向下降,在打呃模式下出現(xiàn)相同的現(xiàn)象。除非SSSR以120μA放電。在OVP的情況下,VCC,UV過熱限制或VREF UV條件下,功率變換器為硬關(guān)斷,控制器的所有輸出立即變?yōu)榈碗娖健?/p>
* 軟關(guān)斷技術(shù)
軟關(guān)斷端給出一個附加的柔性,允許功率變換器進入UVLO期間和打呃模式下。如果SS OFF端拉上到5V的REF端,功率變換器在任何條件下都將硬關(guān)斷。硬關(guān)斷驅(qū)動每個輸出都立即到低電平。
* 過熱保護
內(nèi)部的過熱關(guān)斷電路,提供了在最高結(jié)溫超出時保護集成電路。此時芯片為160℃,控制器強制進入關(guān)斷狀態(tài),偏置穩(wěn)壓器被禁止,在過熱關(guān)斷期間,SS和SSSR電容全部放電,控制器在結(jié)溫降到140℃以下時進入正常起動順序。
* 應(yīng)用信息
移相全橋式工作模式(PSFB)移相全橋拓撲是從全橋拓撲派生出來的,當(dāng)適當(dāng)?shù)丶庸た梢允筆SFB拓撲實現(xiàn)初級功率MOSFET的零電壓開關(guān),而且保持恒定的開關(guān)頻率,ZVS特點是可以減少開關(guān)損耗,降低EMI發(fā)射,PSFB的實現(xiàn)系采用LM5046完成的,工作過程描述如下:
(1)工作狀態(tài)1(功率傳輸,主動模式)
PSFB拓撲的功率傳輸模式象硬開關(guān)的全橋,當(dāng)橋路對角線的兩個MOSFET導(dǎo)通時(HO1和LO2或HO2和LO1)。一個功率傳輸周期從初級到次級開始丁作,圖8給出對角開關(guān)HO1和LO2工作的狀態(tài)。在此狀態(tài),所有VIN加到功率變壓器的初級,由次級線圈降壓。
(2)工作狀態(tài)2(主動到從動傳輸)
在功率傳輸周期結(jié)束后,PWM關(guān)斷開關(guān)LO2,在初級側(cè),折回的負載電流加上勵磁電流經(jīng)由SW2結(jié)點返回VIN,從主動到從動傳輸在HO2體二極管或HO2導(dǎo)通時完成,無論誰早一些完成。延遲總是插入的,其由設(shè)置RD2給出合適的值,HO2僅在體二極管正偏時導(dǎo)通,在此模式下,Imag +Ilplak作為電流源給SW2結(jié)點處的寄生電容充電。在輕載條件下,它用更長的時間將SW結(jié)點推向VIN。
主動到從動的傳輸時間可以用下式近似求出:
此處,Im是勵磁電流,NTR是變壓器匝比,Ilpesk是輸出濾波電感電流的峰值,Cparasitic是結(jié)點SW2處的寄生電容。
(3)工作狀態(tài)3(自由運轉(zhuǎn)/從動模式)
在自由運轉(zhuǎn)時與傳統(tǒng)全橋初級四個MOSFET全部關(guān)斷不同,在PSFB拓撲中變壓器的初級被頂部兩個MOSFET(HO1、HO2)短路,或者被底部兩個MOSFET短路,在CLK周期內(nèi),頂部MOSFETHO1和HO2保持共同導(dǎo)通。進一步在二次側(cè)很像傳統(tǒng)全橋拓撲,同步整流的MOSFET兩個都被激活,
在此狀態(tài),沒有能量傳輸,濾波電感電流通過同步整流的MOSFET在運行。
(4)工作模式4(從動到主動傳輸)
在開關(guān)周期結(jié)束時,也就是振蕩器測定出電流CLK周期后,初級開關(guān)HO1和二次側(cè)FET,SR1同時關(guān)斷,結(jié)點SW1處的電壓開始降落到GND,這是由于功率變壓器的漏感加上傳輸電感和SW1處的寄生電容之間的諧振造成的,勵磁電感在此時被短路,因此它沒有任何動作,LC諧振的結(jié)果形成半個正弦波,其周期取決于漏感和寄生電容,正弦半波的峰值是負載電流的函數(shù),由從動到主動傳輸時間由下式給出:
當(dāng)由仔細增加漏感或增加一個外部串入電感來調(diào)諧時,正弦諧振波形峰值由LO1體二極管箝住,在此時ZVS在LO1開關(guān)時實現(xiàn)。
CLK周期的開關(guān)順序如下:開關(guān)LO1主動期令對角的LO1和HO2導(dǎo)通,傳輸功率,功率傳輸周期結(jié)束,此時PWM關(guān)斷HO2緊隨著是主動到從動傳輸。此時LO2導(dǎo)通,在自由運轉(zhuǎn)時,LO1和LO2兩者激活,從這個順序可以推斷,右上部和左下部MOS導(dǎo)通(HO2、LO2)其由PWM信號終止,結(jié)束
功率傳輸周期,SW2結(jié)點總是見到主動到從動的傳輸,進一步,MOSFET導(dǎo)通橋的左上和左下,總值CLK結(jié)束時關(guān)斷,此自由運轉(zhuǎn)周期,SW1結(jié)點總是見到從動到主動的傳輸。
(1)控制方法選擇
LM5046是一個多功能的PWM控制IC,它既可以組成電流型控制,也可以組成電壓型控制,選擇控制模式通常取決于設(shè)計師的偏好。下面必須考慮的是選擇控制方法。電流控制型能固有地平衡磁密,全橋拓樸等其它雙輸出拓樸,必須防止磁芯飽合,任何不對稱的伏秒積加到兩相之間都會導(dǎo)致磁密不平衡,這會導(dǎo)致變壓器的DC偏移,伏秒積不平衡可以由電流型控制解決,在電流型控制中,初級電流信號狀態(tài)與相應(yīng)誤差信號比較去控制占空比,在穩(wěn)定狀態(tài)下,這個結(jié)果在每一相工作終止時由脈寬調(diào)節(jié)相同的峰值電流,于是有了相同的伏秒積。
電流控制型對噪聲和次諧波振蕩是敏感的,當(dāng)采用電壓控制型時,使用大的斜波給PWM,這樣就不敏感了。電壓型控制采用電壓前饋的方法有了很好的線路瞬態(tài)響應(yīng)。當(dāng)用電壓控制型時,可以用一支DC電容與變壓器初級線圈串聯(lián),來防止任何的磁密不平衡導(dǎo)致的變壓器磁芯飽合。
* 用LM5046作電壓控制型
LM5046作電壓型控制時,外部電阻RFF接到VIN和RAMP端,電容CFF接到RAMP和AGND,RAMP端需要建起一個鋸齒波調(diào)制斜波信號,如圖8。在RAMP端信號的斜率將隨著輸入電壓變化。改變的斜率提供必要的線路前饋信息以改善線路的瞬態(tài)響應(yīng)。以此做電壓型控制,用恒定的誤差信號,導(dǎo)通時間的變化反比于輸入電壓(VIN)以此穩(wěn)定變壓器初級的伏秒積,用線路前饋的斜波給PWM控制所需,從而提高線路調(diào)整率,在改變輸入電壓時作環(huán)路補償。進一步電壓控制型對噪聲不太敏感。不需要前沿濾波。因此它對寬輸入電壓變化的情況是一個好的選擇,電壓型控制需要Ⅲ型補償網(wǎng)絡(luò),可以完整的結(jié)合L-C的輸出濾波器的極點。
推薦CFF電容值的范圍從100PF到1800PF,參考圖8,可以看到CFF值必須足夠小,以便當(dāng)時鐘脈寬在50nS時能放電,內(nèi)部放電MOSFET的RDS(ON)為5.5Ω,RFF的值由下式計算:
例如,設(shè)VRAMP為1.5V,在VIN MIN為36V時,fosc=400kHz,CFF=470pF,這時RFF為125kΩ。(未完待續(xù))