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1、双晶正激电路技术的发展及应用 在DC/DC技术领域近年来技术发展非常迅速，有源箝位，软开关，同步整流等给DC/DC变换器效率的提升都带来了不少贡献。使整体效率都跃上了92%的台阶。此时变换器的损耗中，变压器的铜损，铁损已占有很大比例。如何能更充分地提高磁芯的利用率，减少磁滞损耗，增大磁密范围，使之更前进一步。这样在驱动问题简化之后采用双晶体管正激电路拓扑，显示出其优越性，下面是其基本原理。一， 双晶体管正激电路的优点 图1 双晶电路基本工作原理 两只晶体管在PWM IC控制下导通时，变压器初级流过电流，向二次侧传输能量，当两晶体管关断时，变压器初级绕组的电感电流继续流动，沿两只二极管的路径，将
2、残余磁能送回电源，并使磁芯回到B-H曲线的起始点，在磁芯复位过程中，剩余能量回馈电源，基本没有损失（仅两二极管正向损耗）。与普通单晶体管正激电路相比。该部分能量几乎没有损耗，而且磁芯工作的B-H区域扩大了。 此外，基于MOSFET的特性，每只MOSFET的耐压仅为单端正激电路（Forward）的一半。而且由于磁芯复位好，MOSFET在关断时的反向电压几乎没有尖刺电压，这样两只MOSFET的导通电阻之和只有采用单端正激时高耐压MOSFET的1/2多一点。虽然采用了两支MOSFET串接，导通损耗反而降低了。鉴于低压MOSFET不仅导通电阻低的多，因其源漏耐压低，光刻线条细，开关速度比高压MOSFE
3、T也提高了很多，栅电荷Qg也大幅度减小，两只MOSFET在同一电流及耐压下的开关损耗，导通损耗之和比一只高压的MOSFET还要低一些。仅仅驱动损耗略大一点儿。这样双晶正激的优越性进一步显现出来。 至于驱动问题，过去驱动高电平处的MOSFET要一只小驱动变压器，但如今半导体IC技术的进步，在其内增加隔离的电平位移电路，就十分方便地解决了这个难题，使驱动问题变得易如反掌。 有了上述几项优点，近年各家IC公司推出了多款新的双晶正激控制的PWM IC。典型的有凌特公司的LT3781及美信公司的MAX5051。它们不仅解决了上述问题，而且还给出了控制二次侧同步整流MOSFET的驱动信号。使整个DC/DC
4、的控制技术更加完美。 下面分别叙述一， LT3781控制的双晶体管正激DC/DC变换器 LT3781为凌特公司2002年推出，其在LT1681技术上改进而来。下面是48V5V10A通讯产品的四分之一砖DC/DC转换器电路。 图2 LT3781控制的 48/05-10A电路 48V电压输入经20K电阻加到IC的Vcc输入，使IC起动工作。它的输出驱动信号经过一个二极管及0.1F电容，将电平向上移动，使TG端可直接驱动高端MOSFET，而BG端驱动低端MOSFET，Q1，Q3为主功率MOSFET。两支MORS120T3为磁芯复位二极管。SG为同步整流控制信号，该信号通过一小信号变压送至二次侧做同步
5、整流控制。 工作频率由RT，CT设定，Fset为6pin，从5pin基准接RT至6pin再从6pin接CT至地端，该IC最高振荡频率设在350KHz，对该类DC/DC最佳工作频率选为250KHz左右，此时功率密度和效率可达到最佳配合状态。 二次侧选用了含基准及光耦驱动部分电路的同步整流驱动IC LTC1698，该IC接受从初级来的同步信号并将其准确地转换为正激拓朴中两支同步整流MOSFET的驱动信号，使栅驱动电平稳定于510V而且准确地开关整流（forword）MOSFET及回流（freewheel）MOSFET。这种驱动方式有效的克服了电路工作在断续型时回流MOSFET体二极管导通对效率的影
6、响。 该电路闭环放大器总增益为二次侧放大器增益与一次侧误差放大器增益之和，所以输出电压稳定度很高。二次侧放大器含在IC2内，给光耦的光敏三极管的射极输出送至IC1误差放大器的FB端（9pin）。当然，为增加稳定性也可将其任何一侧之放大器连接为增益为1的跟随器模式。 正常工作之后，变压器辅助绕组经过整流滤波之后，供给IC1之Vcc。 整个电路有样板，样板效率达到90%以上效率。一， MAX5051，控制的双晶正激DC/DC变换器 MAX5051为美信公司2003年才推出的双晶正激控制IC。它在IC设计及控制上更进一步做了改进。起动电路IC可直接接高压源。然后由内部供给Vcc及基准。驱动高端MOS
7、FET的方式及电平位移电路与LT3781类同。其更大的改进在于驱动二次侧同步整流MOSFET方面。由PWM IC给出的LXH（13pin）信号通过高速光耦传至二次侧然后再经MOSFET驱动器去控制两只同步整流的MOSFET。该信号比其一次侧两只MOSFET的驱动信号要延迟60ns。因此其在相当的边界条件下可以使同步整流的MOSFET做到ZVS导通及ZVS关断，同时防止同步整流MOSFET的体二极管工作。虽然因所用MOSFET的Ton及Toff的差异造成的不能确保同步整流完全在软开关条件下进行，但却实际向前迈进了一大步。 下面是MAX5051控制的通讯用50W DC/DC变换器原理图。输入48V
8、，输出也是5V10A，其效率达到92%以上。图3 MAX5051 48/05-10电路 其放大器仅用了二次侧的基准及放大器，经光耦传输至一次侧，倒相后直接送到放大器的COM端子。确定工作频率的端子为1pin，由基准接一Rt（24.9K）到Rc（OSC）然后再接一Ct（100pf）到GND。它设置了两个基准电压,分别为5V（8pin）及9V（9pin），5V基准用于常规用途，而9V基准专用于两功率MOSFET的栅驱动，从而使两功率MOSFET工作时导通电阻处于最低状态。 D2及D3为磁芯复位二极管，由于二次侧同步整流系选用的逻辑电平MOSFET因此给二次侧MOSFET驱动IC供电时用了一颗5V输
9、出的稳压IC（U5）。此外其多出一个端子DRVB（19pin），用它驱动一个小功率高压MOSFET N5，这颗MOSFET系为接于高端MOSFET驱动时移动电平的电容充电用，此电容接于20pin到22pin。 该IC之特点在于增加了ZVS同步整流的控制，但因引线脚太多，（达28pin）从而造成外接元件太多，安装麻烦，IC的成本也较高，因此缺点也显而易见。这里我们再利用老式IC组合一个成本最低廉的双晶体管正激电路（见图4）。由UCC38C43与HIP2100组合的双晶正激电路示于图4。 图4给出该电路，其中UCC38C45为PWM控制IC，而HIP2100为半桥式驱动IC，两者组合后，各为S0-
10、8外形，外围元件很少，二次侧同步整流采用STSR2供给驱动脉冲，整个电路简单明快，输出为5V10A，效率也达到了近90%。图4 UCC38C45+HIP2100+STSR2的48V/5V-10A变换器电路 该电路中，STSR2 IC有内部振荡器及数字电路，它不需从初级侧给出驱动信号，因此省去了信号驱动变压器或高速光耦，其内部时钟信号由变压器二次侧取出主变压器工作频率为信号送至STSR2的时钟，经STSR2处理后给出的OUT1去驱动整流MOSFET（forwhod），OUT2去驱动回流MOSFET（freewheel）,STSR2需要另外给出一个5V稳定电压来供电。输出电压反馈可采用TL431等传统方式，此电路方案操作容易成本低廉，也是双晶正激拓扑的一个优秀方案。 综观上述，双晶正激电路其适用于中功率50W上下，加上同步整流比普通正激的磁芯利用率高，损耗小，但其主要问题仍在于最大占空比仅为50%，磁芯只用了50%，但设计制做的成功率很高。元件的允许误差较大。仍不失为一种优秀方案。
