探索LTC3725/LTC3726：高效100W隔離式正激轉換器的設計與應用

在電子工程師的日常工作中，電源轉換器的設計是一個關鍵且具有挑戰性的領域。今天，我們將深入探討Linear Technology的演示電路1300A - C，它采用LTC3725/LTC3726構建了一款100W隔離式正激轉換器，具備同步整流功能，在性能、效率和尺寸方面都有出色表現。

文件下載：DC1300A-C.pdf

一、電路概述

演示電路1300A - C是一款采用LTC3725/LTC3726的100W隔離式同步整流正激轉換器。其設計目的是展示在諧振復位正激轉換器電源中使用這兩款芯片所能達到的高性能、高效率和小尺寸解決方案。該電路工作頻率為250kHz，能在9 - 36V的輸入電壓范圍內輸出穩定的15V、6.7A電壓，適用于汽車、工業等多種應用場景。它具有四分之一磚的尺寸，同步整流技術使其效率超過90%。同時，次級側控制消除了復雜的光耦反饋，在最小輸出電容的情況下實現了快速的瞬態響應。

二、性能參數

1. 輸入輸出參數

• 輸入電壓范圍：9 - 36V，典型最小啟動電壓為9.3V。
• 輸出電壓：穩定的15V。
• 輸出電流范圍：最大可達6.7A。
• 開關頻率：250kHz。
• 輸出紋波：在輸入電壓為18V、輸出電流為6.7A（20MHz帶寬）時，輸出紋波為50mVP - P。

2. 效率與調節

• 輸出調節率：在輸入電壓9 - 36V、輸出電流0 - 6.7A的范圍內，輸出調節率為±0.04%。
• 效率：在輸入電壓為18V、輸出電流為6.7A時，效率可達89%。

3. 隔離與尺寸

• 隔離電壓：基本隔離為1500Vdc。
• 尺寸：組件面積為2.3 x 1.45 x 0.47英寸。

三、工作原理

1. 控制器分工

• LTC3725：作為單開關正激控制器，用于初級側，提供啟動、柵極驅動和保護功能。當輸入電壓施加時，LTC3725開始對輸出電壓進行軟啟動。
• LTC3726：作為次級側同步正激控制器，在啟動完成后接管控制。它通過一個小脈沖變壓器向LTC3725提供定時信息和偏置電源。當次級偏置源達到欠壓閾值時，LTC3726開始工作，并通過T2向LTC3725發送編碼的PWM柵極脈沖，這些脈沖還能在較寬的輸入電壓范圍內高效地提供初級偏置電源。

2. 控制轉換

從初級控制到次級控制的轉換發生在標稱輸出電壓的一小部分時。此后，電路的操作和設計簡化為一個簡單的降壓轉換器。次級控制消除了延遲，抑制了大信號過沖，并減少了滿足瞬態響應要求所需的輸出電容。

3. 輸入濾波

輸入側的可選LC濾波級可降低輸入電流的均方根值。為確保穩定性，濾波器的輸出阻抗必須小于轉換器的輸入阻抗，這可能需要一個阻尼阻抗。在DC1300A上，在濾波器諧振頻率處具有50mOhm或更高等效串聯電阻（ESR）的電源是為濾波器元件提供阻尼的一種方法。對于臺架測試，在輸入端子添加一個電解電容器（如三洋50ME470AX）可以提供合適的阻尼和紋波電流能力。所選值的濾波器諧振頻率低于轉換器的開關頻率，從而避免濾波器中出現高循環電流。

四、快速啟動步驟

1. 電源設置

將能夠提供9 - 36V電壓的輸入電源設置為18V，然后關閉電源。

2. 散熱設置

為了在滿載下持續運行，需要以200lfm的氣流吹過設備。

3. 連接輸入電源

在電源關閉的情況下，將電源連接到輸入端子 +Vin 和 -Vin。注意，輸入電壓低于9V可能會由于LTC3725/LTC3726的欠壓鎖定功能而導致轉換器無法啟動。如果需要進行效率測量，可以在輸入電源中串聯一個能夠測量7Adc的電流表或電阻分流器，以測量DC1300A的輸入電流；同時，可以在輸入端子上放置一個能夠測量至少36V電壓的電壓表，以準確測量輸入電壓。

4. 開啟輸入電源

開啟輸入電源，但要確保輸入電壓不超過36V。

5. 檢查輸出電壓

檢查輸出電壓是否為15V，然后關閉輸入電源。

6. 連接負載

在確定輸出電壓正確后，將一個能夠在15V下吸收6.7A電流的可變負載連接到輸出端子 +Vout 和 -Vout，并將電流設置為0A。如果需要進行效率測量，可以在輸出負載中串聯一個能夠處理6.7Adc的電流表或電阻分流器，以測量DC1300A的輸出電流；同時，可以在輸出端子上放置一個能夠測量至少15V電壓的電壓表，以準確測量輸出電壓。

7. 再次開啟輸入電源

如果沒有輸出，暫時斷開負載，確保負載設置不過高。

8. 調整負載并觀察參數

在再次確定輸出電壓正確后，在工作范圍內調整負載，并觀察輸出電壓調節、紋波電壓、效率等所需參數。

在測量輸出電壓紋波時，要特別注意避免示波器探頭使用過長的接地引線。應將探頭尖端和接地環直接跨接在最后一個輸出電容上進行測量。

五、其他輸出需求參考

對于不同的輸出要求，還有其他相關的演示電路可供選擇。例如，DC1300A - A/B可提供5V@20A / 12V@8.4A的輸出；DC1174A A/B/C可提供5V@10A / 12V@4.2A / 15V@3.3A的輸出。對于電信輸入要求，DC1031A - A/B/C可提供2.5V/3.3V/5V@20A的輸出，DC1032A - A可提供12V@12A的輸出，DC888A - A/B/C可提供3.3V@50A / 5V@35A / 12V@20A的輸出。

通過以上對LTC3725/LTC3726 100W隔離式正激轉換器的介紹，我們可以看到它在性能、效率和設計靈活性方面都有很多值得關注的地方。大家在實際設計中，是否遇到過類似電源轉換器設計的挑戰呢？又是如何解決的呢？歡迎在評論區分享你的經驗。同時，該電路板的設計文件可聯系LTC工廠獲取，希望能為大家的設計工作提供更多便利。