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

在電子工程師的日常工作中，電源轉(zhuǎn)換器的設計是一個關(guān)鍵且具有挑戰(zhàn)性的領(lǐng)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(gòu)建了一款100W隔離式正激轉(zhuǎn)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(xiàn)。

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(zhuǎn)換器。其設計目的是展示在諧振復位正激轉(zhuǎn)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(nèi)輸出穩(wěn)定的15V、6.7A電壓，適用于汽車、工業(yè)等多種應用場景。它具有四分之一磚的尺寸，同步整流技術(shù)使其效率超過90%。同時，次級側(cè)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(xiàn)了快速的瞬態(tài)響應。

二、性能參數(shù)

1. 輸入輸出參數(shù)

• 輸入電壓范圍：9 - 36V，典型最小啟動電壓為9.3V。
• 輸出電壓：穩(wěn)定的15V。
• 輸出電流范圍：最大可達6.7A。
• 開關(guān)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(diào)節(jié)

• 輸出調(diào)節(jié)率：在輸入電壓9 - 36V、輸出電流0 - 6.7A的范圍內(nèi)，輸出調(diào)節(jié)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(guān)正激控制器，用于初級側(cè)，提供啟動、柵極驅(qū)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(cè)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(fā)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(nèi)高效地提供初級偏置電源。

2. 控制轉(zhuǎn)換

從初級控制到次級控制的轉(zhuǎn)換發(fā)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(zhuǎn)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(tài)響應要求所需的輸出電容。

3. 輸入濾波

輸入側(cè)的可選LC濾波級可降低輸入電流的均方根值。為確保穩(wěn)定性，濾波器的輸出阻抗必須小于轉(zhuǎn)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(lián)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(zhuǎn)換器的開關(guān)頻率，從而避免濾波器中出現(xiàn)高循環(huán)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(guān)閉電源。

2. 散熱設置

為了在滿載下持續(xù)運行，需要以200lfm的氣流吹過設備。

3. 連接輸入電源

在電源關(guān)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(zhuǎn)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(lián)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(guān)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(lián)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(diào)整負載并觀察參數(shù)

在再次確定輸出電壓正確后，在工作范圍內(nèi)調(diào)整負載，并觀察輸出電壓調(diào)節(jié)、紋波電壓、效率等所需參數(shù)。

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(huán)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(guān)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(zhuǎn)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(guān)注的地方。大家在實際設計中，是否遇到過類似電源轉(zhuǎn)換器設計的挑戰(zhàn)呢？又是如何解決的呢？歡迎在評論區(qū)分享你的經(jīng)驗。同時，該電路板的設計文件可聯(lián)系LTC工廠獲取，希望能為大家的設計工作提供更多便利。