全桥移相ZVSPWM控制器LTC3722-X的原理及应用

2007-03-09 19:03:27来源: 互联网
摘 要:介绍了新型全桥移相ZVS软开关控制器LTC3722-x的原理,讨论了自适应控制以及集成的同步整流控制的实现,并给出了基于该芯片的通信电源的设计方案。 关键词:LTC3722-X;自适应控制;同步整流;零电压开关 0 引言 上世纪90年代初,随着全桥移相ZVS技术的推出,使该技术在大功率领域中得到了广泛的应用。通过引入超前臂和滞后臂的概念,人们提出了 多种实现ZVS的新方法,并得到了广泛的实际应用。但是,全桥移相ZVS变换器仍然存在如下一些缺点: 1)软开关的边界条件,滞后臂(被动臂)实现ZVS的范围受负载和电源电压的影响,轻载时难以实现ZVS,导致效率下降; 2)引入了大的谐振电感,增加了功率损耗,降低了,效率; 3)整流管换流时,谐振电感与整流管的寄生电容产生强烈振荡,导致整流管的电压应力较高,吸收电路的损耗较大,有较大的开关噪音; 4)占空比丢失。 LTC3722-X是美国凌特公司2003年4月推出的一款新的全桥移相ZVS控制器,它设有电流型(LTC3722-1)及电压型(LTC3722-2)两个版本,可以有效地解决或缓解以上问题。其除了具有传统的全桥PWM控制器的通用功能外,还增加了两个特色的新技术,即 1)加入了自适应(adaptive)零电压延迟控制,从而使变换器几乎能在整个工作条件下都实现ZVS。由于采用自适应技术,大幅度减小了谐振电感,即缩小了谐振电感的体积及功耗,从而也减小了占空比的丢失以及由此而带来的功率损耗。 2)集成了同步整流控制,可以调节同步整流MOSFET关断的延迟时间,在变压器的二次侧给出两个相差180度的同步整流的驱动脉冲。 1 LTC3722-x的结构 LTC3722-x包括LTC3722-l(电流型)和LTC3722-2(电压型)两种芯片。其管脚如图1和图2所示,管脚说明见表1。 图2是LTC3722-2的内部结构图,主要包括自适应和固定延时电路、同步整流脉冲发生电路、参考电压电路、欠压锁定与软启动电路、误差放大器、斜坡补偿电路等。下面以LTC3722-2为例讨沦其主要特点。 2 自适应延时控制 LTC3722用于实现软开关的工作模式有两种:自适应延迟法和固定延时法,工作电路分别如图3及图4所示。 自适应延时时,LTC3722检测输入电源电压和每个桥臂中点的瞬时电压,以便在所希望的零电压条件达到时再命令开关传输,这种直接检测技术可以提供最佳的延迟时间,而不去管输入电压和负载的状态。直接检测技术仅需要一个简单的电阻分压器。如果没有足够的能量在ZVS条件让两桥臂转换,当达到固定延迟时则强制转换。 LTC3722接成自适应型时,要使用3个端子的功能,即ADLY,PDLY及SBUS。ADLY及PDLY分别检测主动臂(开关SC和SD)及被动臂(开关SA和SB)的2只MOSFET的漏极电压PDLY及ADLY的阈值电压对于上升及下降的转换都由总线电压(SBUS端取得的电压)来没置。在正常总线电压时(例如48 v)SBUs电压为1.5 V,由两只电阻从VIN到GND分压得到。其正比于VIN的变化,LTC3722将上述3个电压比较后,调整4只MOSFET的开关时间,以确保不论VIN如何变化,都工作在ZVS的条件下。 ADLY及PDLY也是接到桥的两腰至GND的分压器上,分别对应主动臂及被动臂。分压器的下电阻选为1 kΩ,上电阻则根据分压器的要求算出。为了确定其阻值,先要确定桥路两臂MOSFET导通时的漏源电压和LTC3722控制器驱动两臂MOSFET开关转换的时间间隔。由于MOSFET的开启延迟及外驱动电路的延迟,理想的状态是功率MOSFET刚好在VDS为零时开启。设置ADILY及PDLY的阈值电压时要根据M0SFET上的几个电压来决定,LTC3722依据内部逻辑计算出零电压的VDS值,并给出适时的驱动信号,从而实现ZVS开启。 LTC3722直接检测电路源自PDLY及ADLY从低电平升至高电平时流出的取样电流。这就提供出一个人为滞后并免除PDLY及ADLY处的开关噪声。所设置的ADLY及PDLY从高到低的阈值与从低到高的阈值极为接近。因此,就可以让上端及下端MOSFET的VDS开关点能达到理想化。一般桥臂的两腰取样阻值分压取7 v,以便适应上面所叙述的2个延迟时间。 固定延时工作模式,可以通过SBUS直接接到Vref端。用3个电阻分压后,将其中2个点各接至PDLY及ADLY端。这种方式的电平取样固定,工作模式也比较简单,但是效果会差一些。 另外,LTC3722可以在桥臂的开关导通信号发出之前调整延迟时间。如果没有足够的能量实现软开关,将自适应延迟电路给旁路掉。只要在DPRG和VREF之间外接一个电阻,该电阻调节从VREF端进入DPRG端的电流,正常时,DPRG端的电压是2 v,调节电阻值得到的延迟时间可以从35 ns调至300ns。 3 同步整流控制 近年来,随着半导体技术的发展,MOSFET的导通电阻已经低于2mΩ,开关速度小于20ns,栅极驱动电荷小于25 nC。同步整流技术不仅应用于5v左右的低电压输出领域,而且在28V以下的输出电源中也取得广泛应用,对于提高变换器的效率起到关键作用。LTC3722恰恰提供了同步整流控制,可以大大简化控制系统的设计。LTC3722根据原边的驱动信号,经过优化计算,在变压器二次侧给出了同步整流的驱动信号,如图5所示。利用MOSFET较低的导通电阻,可以有效地提高系统的效率。另外,LTC3722还可以设定同步整流的关断延时。这样在负载较大时,在变压器磁芯复位后,再关闭相应的整流MOSFET使得续流能够从MOSFET中导通,而不是体二极管。这个时间延迟可以通过调整管脚SPRG接地的一个电阻来设定。该电阻调节从DPRG端进入GND的电流,通常,SPRG端的电压是2V,电阻从10KΩ到200KΩ之间取值时,延迟时间可以调整到20-200ns。 其它的控制,例如:软启动、欠压锁定、频率设定、斜坡补偿、闭环设计等和以前的控制芯片(LTCl922)类似,就不多讨论了。 4 LTC3722-x的应用 LTC3722-x适用于低压大电流的通信电源、服务器和分布式电源系统。 4.1 一种低压大电流电源方案 图6(a)是I.Tc公司推荐的一种12V/240w电源设计方案,图6(b)则给出了这种电源的效率曲线。由图6(b)可知,当输入发生变化时,变换器在较大的负载范围内效率都很高。 4.2 通信电源设计方案 当前程控数字交换设备等通信设备所需要的多为48v或24v的直流电源。而变换器大都采用全桥拓扑,控制方式主要分为两种:zVs和zvSZCS控制。由于以前的控制芯片内部没有集成同步整流控制,使得需要增加额外的电路再实现同步整流,所以实际应用较少。图7是基于Ⅱc3722一x的通信电源的设计方案。   5 结语 本文介绍了新型全桥移相zVs软开关控制器LTC3722-x的原理,详细地讨论了其如何实现自适应延时控制,以及集成的同步整流功能。该芯片功能强,设计简单,而且可以大大提高变换器的效率,是目前性能比较好的全桥PWM控制器。
编辑: 引用地址:http://www.eeworld.com.cn/designarticles/sensor/200703/8886.html
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