背景

　　對于高效率地將配電總線電壓轉換成隔離式低電壓，預制的隔離式 DC/DC 轉換器和模塊提供了一種簡單但相對昂貴的解決方案。不過，現成有售的設計可能無法提供全部所需功能，因此在很多應用中，需要定制設計。利用分立式 PWM 控制器開發自己的解決方案，成本低廉得多，而且能靈活地滿足各種苛刻的要求，例如特殊的外形尺寸或非標準輸入及輸出電壓等。

　　最近在控制器技術領域取得的進步可提供更多功能，這些進步也簡化了設計隔離式電源的任務。因此，設計師現在正在考慮，在他們的最終應用中，分立式設計是否有意義。尤其是具備有源箝位復位的正向轉換器，由于其卓越的效率和更低的組件壓力，已經廣泛用于定制電源中。盡管在隔離式降壓型拓撲中，正向轉換器是最簡單的，但是有源箝位復位方法引入了性能限制和對潛在的可靠性問題的擔憂，這些擔憂限制了正向轉換器的使用范圍。

　　凌力爾特公司的第二代 LTC3765 / LTC3766 芯片組采用一種正在申請專利的方法，消除了具備有源箝位復位的正向轉換器之性能限制以及對其可靠性的擔憂。此外，這組非凡的芯片組極大地簡化了高性能正向轉換器的設計，從而使這類轉換器易于建立，并成為富有吸引力和可替代預制解決方案的產品。

　　LTC3765 / LTC3766 芯片組

　　LTC3765 和 LTC3766 相結合可構成一組隔離式同步正向轉換器芯片組，該芯片組包括有源箝位變壓器復位和 Direct Flux Limit?，這兩項功能在所有條件下都能防止電源變壓器飽和。LTC3765 是一款主端智能控制器，與 LTC3766 一起工作，可實現堅固和簡單的自啟動隔離式電源。啟動后，LTC3765 通過一個纖巧的脈沖變壓器，從副端 LTC3766 控制器接收定時信號和偏置電源。這種副端控制方法使智能能力靠近負載，從而確保對輸出電壓和電流進行可靠的監視和控制，同時提供最快的瞬態響應。此外，這種架構無需光隔離器或偏置電源，簡化了設計，并降低了組件數。圖 1 顯示了一個典型的應用原理圖，圖 2 顯示了相關的瞬態響應和效率 / 功耗曲線。

　　圖 1：LTC3765 / LTC3766 應用電路，VIN 范圍：18V 至 72V、 VOUT：12V/11A，12.5A 峰值

　　Conditions： 48VIN， 6A to 12A Step Load

　　IOUT ：

　　5A/Div

　　VOUT： 500mV/Div

　　Time - 100μs/Div

　　圖 2：典型的 LTC3765 / LTC3766 相關效率 / 功耗曲線和瞬態響應

　　EFFICIENCY：效率

　　POWER DISSIPATION：功耗

　　條件：48VIN，6A 至 12A 階躍

　　5A/Div：每格 5A

　　Time – 100us/Div：時間 – 每格 100us

　　LTC3765 / LTC3766 含有實現有源箝位變壓器復位方法所必需的所有控制電路，從而與傳統箝位繞組或諧振復位方法相比，實現了更高的效率 （高達 95%） 和更高的功率密度。針對主開關的大電流柵極驅動器、有源箝位開關和同步開關均包括可調延遲，以實現最高效率。不過，在傳統的有源箝位正向轉換器中，在開關占空比中有任何突然的變化都能引起電源變壓器飽和，從而有可能導致轉換器發生故障。Direct Flux Limit 在所有條件下都能防止變壓器飽和，因此提高了轉換器的總體可靠性，同時與可替換解決方案相比，保持了卓越的瞬態響應。

　　其他特點包括快速和準確的平均電流限制、在 75kHz 至 500kHz 范圍內以可調固定頻率工作、能進入預偏置負載的干凈啟動、面向大功率設計的多相工作、過熱保護和真正的遠端輸出電壓檢測。LTC3765 采用耐熱增強型 MSOP-16 封裝。LTC3766 采用 4mm x 5mm QFN-28 和 SSOP-28 封裝，而且兩款器件都有擴展、工業、高溫和軍用級版本。

　　Direct Flux Limit

　　為了正確工作，在任何變壓器中保持伏-秒平衡都是必要的。在轉換器接通和斷開期間，必須加上相等的正和負伏-秒。任何不平衡都將導致通常是對稱的磁芯勵磁電流和通量密度向飽和方向“走”。在轉換器斷開期間，有源箝位轉換器運用一個額外的開關和電容器來加上復位電壓。這種方法產生了最低開關電壓和最高效率。變壓器用自己的勵磁電流給復位電容器充電或放電，使其達到正確的電壓，該電壓隨占空比的變化而改變。在穩定狀態下，這種方法可以很好地起作用，但是，如果占空比變化太快，那么電容器的電壓就會跟不上，從而導致磁芯飽和。當變壓器飽和時，就像是發生了短路，這可能損壞任何電源組件。

　　直到現在，這一基本問題一直是采用間接方法解決的，即采用慢速反饋環路、占空比限制、軟停止和其他“權宜之計”，其中沒有一種方法可以確保磁芯不會飽和。采用這類方法時，總是有可能在某些設計和測試時被忽略的運行“死角”處發生變壓器飽和。

　　LTC3765 和 LTC3766 實現了一種新的和獨特的系統，該系統通過直接監視變壓器的勵磁電流，限制磁通量在變壓器磁芯中的積累。在復位周期中，當有源箝位 PMOS 接通時，通過一個與該 PMOS 源極串聯的檢測電阻器直接測量和限制勵磁電流，如圖 3 所示。

　　圖 3：監視變壓器磁通量密度

　　MAIN TRANSFORMER：主變壓器

　　PRIMARY SWITCH NMOS： NMOS 主開關

　　ACTIVE CLAMP PMOS：有源箝位 PMOS

　　當 PMOS 斷開且 NMOS 主開關接通時，LTC3765 基于在 RUN 引腳上檢測到的輸入電壓以及由 RCORE 與地之間的電阻器定制的變壓器磁芯參數，在內部產生一個準確的勵磁電流副本。然后在接通時，由這個準確的內部副本限制該勵磁電流。與以前的方法不同，Direct Flux Limit 直接監視所積累的磁通量，并在提供最快的瞬態響應的同時，確保變壓器不會飽和。這種方法還允許轉換器干凈啟動，進入預偏置輸出 （例如電池充電器），并在出現瞬間電壓差后重新啟動 （無盲區軟停止）。

　　自啟動

　　LTC3766 與 LTC3765 一起使用，以運用副端控制建立一個自啟動正向轉換器。因為最初在副端沒有偏置電壓可用，所以 LTC3765 必須在主端以開環方式管理啟動。當在主端首次加電時，LTC3765 運用其自己內部的振蕩器開始開環軟啟動。通過運用從 0% 到 70% 逐漸增大的占空比來開關主端的主 MOSFET，以向副端供電，該占空比是由 SSFLT 引腳電壓的上升速率控制的。在副端，偏置電壓可以直接從主輸出得到，或者通過峰值充電或其他簡單電路從變壓器副端得到。當 LTC3766 有足夠的電壓來滿足其啟動要求時，該器件就通過一個纖巧的脈沖變壓器向 LTC3765 提供占空比信息。

　　LTC3765 檢測這個信號，并將對柵極驅動器的控制任務轉交給 LTC3766，而 LTC3766 則繼續進行輸出電壓的軟啟動。典型情況下，當輸出電壓小于其最終值一半時，發生這種從主端到副端的切換。之后，LTC3765 斷開線性穩壓器，并通過一個內置整流器，從脈沖變壓器處為主端 MOSFET 取得偏置電源。

　　運行控制和軟啟動

　　LTC3766 的接通 / 斷開主控制功能由 RUN 引腳完成。該引腳具備精確的門限，且該門限具備內部和外部可調遲滯。這個引腳可用來監視副端偏置電壓或主輸出電壓，因此可控制在哪一點上進行從主端到副端的切換。或者，該引腳還可以直接由控制信號驅動。

　　當 RUN 引腳為高電平、在 VIN 和 VCC 引腳上有足夠的電壓以及在 SW 引腳上檢測到開關動作時，LTC3766 就開始順序軟啟動。請注意，LTC3766 在啟動順序軟啟動之前，必須在 SW 引腳上檢測到開關動作，以確保 LTC3765 已經準備好進行控制任務的切換。順序軟啟動開始時，首先測量 FB 引腳上的電壓，然后將軟啟動電容器電壓快速預設定為與輸出電壓相同。這么做是為了在控制任務從主端轉移至副端時，輸出電壓平滑地斜坡上升，并避免任何不必要的啟動延遲。一旦軟啟動電容器上的電壓達到合適的值，LTC3766 就通過脈沖變壓器發出一個簡短的脈沖序列，以鎖定與 LTC3765 之間的通信。從這一點開始，LTC3766 承擔主端 MOSFET 的控制任務，同時軟啟動電容器仍繼續充電至滿電壓。請注意，軟啟動電壓用來限制誤差放大器基準的有效值。在副端軟啟動間隔期間，這種方法保持對輸出電壓的閉環控制。

　　電流限制和其他保護功能

　　在大多數 DC/DC 轉換器中，都會提供電流限制，以在輸出過載情況下保護電源組件。通常情況下，這種電流限制不是很準確，而且最大輸出電流變化可能超過輸入和輸出電壓變化的 50%。當需要準確的電流限制時 （例如在電池充電應用中），常常使用一個單獨的放大器來建立慢速反饋環路，以在預定最大值附近調節電流。因為這個環路是慢速的，以確保穩定性，所以該環路還允許瞬間流過非常大的輸出電流，而在有些系統中，這也許是不可接受的。

　　LTC3766 實現了一種獨特的平均電流限制電路，該電路快速、準確且易于使用。該電路不是使用一個慢速電流限制放大器，而是監視輸入和輸出電流以及輸出電壓或電源電壓，并進行快速和逐周期的糾正，以保持平均輸出電流實質上是恒定的。圖 4 說明了 LTC3765 / LTC3766 應用電路處于電流限制狀態下的典型性能。請注意，這種電流限制能力非常適用于電池充電應用。

　　圖 4：典型的電流限制性能

　　OUTPUT VOLTAGE：輸出電壓

　　LOAD CURRENT：負載電流

　　除了 Direct Flux Limit 和平均電流限制，LTC3765 / LTC3766 芯片組還提供多種額外的保護功能。這些功能包括：面向同步開關的可調反向電流保護、輸出過壓保護和過熱保護，這些保護功能相結合，即使在最嚴酷的應用環境中，也可確保電源的可靠性和堅固性。

　　結論

　　最近在技術、設計簡化、仿真、成本節省以及對組件采購的全面控制方面均取得了進步，因此隔離式 DC/DC 轉換器用戶正在放棄現成有售的磚式設計。LTC3756 和 LTC3766 組合起來形成了一個相對簡單的有源箝位隔離型正激式轉換器，其具有直接磁通變壓器限制功能，能可靠地保護轉換器并實現快速瞬態響應；同時與可替代解決方案相比，還減少了組件數。無論設計定制電源是為了滿足特定尺寸、輸入和輸出要求，還是為了達到成本目標，這個非凡的芯片組都為高可靠性應用提供了全新的簡單性、很少的組件數和前所未有的靈活性。最后，這兩款器件非常易于用來建立解決方案。